Cresst

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Descrizione dell'esperimento

CRESST (Cryogenic Rare Event Search using Superconducting Thermometers)  è un esperimento per la ricerca di WIMPs (materia oscura non barionica) attraverso la loro interazione (scattering) su un nucleo atomico. CRESST utilizza rivelatori calorimetrici costituiti da un cristallo assorbitore, che contiene i nuclei con cui la WIMP interagisce, e da un sensore che misura l'energia rilasciata nell'interazione. Il sensore è in grado di rilevare la piccola quantità di energia, generata dal rinculo del nucleo colpito dalla WIMP, misurando l'energia convertita in fononi (energia termica).
Per la ricerca di interazioni che rilasciano un così piccolo segnale in energia, sono necessari due componenti fondamentali: un rivelatore estremamente sensibile e una efficiente soppressione del fondo radioattivo.
I rivelatori criogenici sviluppati dalla collaborazione CRESST sono estremamente sensibili e in grado di misurare l'energia totale depositata da una particella interagente. Questo risultato è ottenuto mediante sensori detti TES (Transition Edge Sensor o Sensori a Transizione Superconduttiva) costituiti da film sottili di tungsteno (W). I rivelatori vengono fatti funzionare ad una temperatura di circa 15 mK (15 millesimi di grado sopra lo zero assoluto) posizionandoli nel mezzo della transizione del film di W dal suo stato normale a quello superconduttivo. In questa configurazione a piccole variazioni di temperatura corrispondono grosse variazioni della resistenza del film di W che vengono lette mediante uno SQUID. Giacché la produzione di fononi di alta frequenza è proporzionale all'energia rilasciata, misurando i fononi è possibile ricostruire l'energia della radiazione incidente. La grande sensibilità dei TES permette di misurare segnali di energia fino a frazioni di keV (E>0.4 keV).
Per ottenere una efficiente discriminazione del fondo, il componente fondamentale che costituisce il rivelatore di CRESST è costituito da un cristallo di CaWO4 (vedi figura CaWO4) che è un materiale scintillante. In questo cristallo la maggior parte dell'energia rilasciata dalla particella interagente viene convertita in calore sotto forma di fononi. La rimanente frazione dell'energia rilasciata viene invece convertita in fotoni, detti luce di scintillazione. Sfruttando il fatto che la quantità di luce prodotta in un'interazione dipende dalla nature della particella interagente, è possibile rigettare molte sorgenti di fondo radioattivo. Infatti mentre le sorgenti più comuni di fondo radioattivo (alfa e beta) producono luce di scintillazione, un rinculo nucleare prodotto da una WIMP produrrebbe un quantità di luce estremamente piccola o nulla. Nel modulo di rivelazione di CRESST è stato dunque aggiunto al rivelatore principale un secondo rivelatore criogenico utilizzato per rivelare la luce di scintillazione. La lettura in coincidenza dei due segnali (luce e calore) consente di rigettare le maggiori sorgenti di fondo contaminante.
I rivelatori di CRESST sono dunque caratterizzati da un'ottima sensibilità a piccoli rilasci di energia e da una capacità di rigettare il fondo radioattivo. Inoltre, grazie alla sua composizione chimica che include elementi diversi (un elemento leggero come l'ossigeno, uno di media massa come il calcio, e uno pesante come il tungsteno), il rivelatore di CRESST è in grado di fornire informazioni uniche riguardo a possibili segnali di WIMP e di studiare in dettaglio le loro proprietà.

Sono disponibili video-animazioni in inglese, tedesco e italiano.

 

Responsabile del progetto
Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo. (MPI München)

 

 

Collaborazione

La collaborazione di CRESST è composta da circa 40 fisici afferenti a 6 istituti.
Informazioni sugli istituti e sui relativi gruppi CRESST sono disponibili qui:

Max-Planck-Institut für Physik - http://www.cresst.de/members.php

University of Oxford - http://www.physics.ox.ac.uk/users/kraus/research/

Technische Universität München - http://www.e15.ph.tum.de/

Universität Tübingen - http://www.pit.physik.uni-tuebingen.de/jochum/arbeitsgruppe.html

Laboratori Nazionali del Gran Sasso - http://cresst.lngs.infn.it

Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften Wien - http://www.hephy.at/en/research/projects/cressteureca/staff/

L'esperimento è ospitato dai Laboratori Nazionali del Gran Sasso ed è situato nell'infrastruttura del laboratorio sotterraneo.

 

Pubblicazioni recenti

Una lista completa delle pubblicazioni è disponibile qui: http://www.cresst.de/pubs.php

Letture raccomandate

R. Strauss et al.: A detector module with highly efficient surface-alpha event rejection operated in CRESST-II Phase 2 (2014)
arXiv:1410.1753 [physics.ins-det] http://arxiv.org/abs/1410.1753

G. Angloher et al.: Results on low mass WIMPs using an upgraded CRESST-II detector (2014) 
EUR PHYS J C Volume 74, Number 12 (2014) http://link.springer.com/article/10.1140%2Fepjc%2Fs10052-014-3184-9
arXiv:1407.3146 [astro-ph.CO] http://arxiv.org/abs/1407.3146 
 
A. Münster et al.: Radiopurity of CaWO4 Crystals for Direct Dark Matter Search with CRESST and EURECA, JCAP 2014, 018 (2014)
http://iopscience.iop.org/1475-7516/2014/05/018/
arXiv:1403.5114 [astro-ph.IM] http://arxiv.org/abs/1403.5114

Sito ufficiale
http://www.cresst.de