Darkside

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Introduzione
 

DarkSide-50 è una camera a proiezione temporale (TPC - “Time Projection Chamber”) in doppia fase ad Argon, sviluppata per ricercare evidenze dirette di materia oscura.
L’esperimento è situato nella Sala C dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso, all’interno del Parco Nazionale del Gran Sasso e Monti della Laga ed è in presa dati dati dall’ottobre 2013.
DS-20k è un rivelatore in Argon in doppia fase con un volume attivo di 50 tonnellate di Argon Liquido (LAr). Sarà installato nella Sala C dei LNGS nel 2022 e riuscirà a rivelare materia oscura in forma di WIMP, oppure raggiungere una sensibilità nella sezione d'urto WIMP-nucleone di 7.4x10-48cm2 alla massa di 1TeV/c2.

 

Descrizione

DarkSide-50 è una TPC ad Argon. Trentotto fotomoltiplicatori Hamamatsu R11065 da 3 pollici e a bassa radioattività, 19 sulla sommità e 19 sul fondo della TPC, vedono la regione di volume attivo attraverso finestre di silice fusa. Le finestre sono rivestite da entrambi i lati da ossido di indio (ITO) e stagno, un conduttore trasparente. Questo fa si che la superficie interna della finestra funzioni da anodo a terra (parte superiore) e da catodo da -60kV (parte inferiore) per la TPC mantenendo la parte esterna vicino al potenziale di -1.5kV del fotocatodo dei PMT.
Uno strato di gas per la produzione di un segnale di elettroluminescenza è garantito da una montatura cilindrica sulla finestra di silice fusa, che si estende verso il basso per formare una campana subacquea contenente vapore di Argon di dimensione 2 cm (“gas pocket”) al di sopra volume di deriva della TPC. Il recipiente cilindrico contenente il volume attivo di Argon è fatto di PTFE, trattato in maniera tale da essere altamente riflettente per lunghezze d’onda nel visibile. L’intera superficie interna del volume attivo è rivestita con lo shifter di lunghezza d'onda TetraPhenylButadiene (TPB) per convertire la luce di scintillazione dell’Argon a 128nm in luce con lunghezza d’onda rilevabile dai PMTs. Il campo di drift è prodotto da un sistema formato dai piani del catodo di ITO e dell’anodo e una griglia che separa la regione di deriva degli elettroni da quella di estrazione.
La TPC di DarkSide-50 è inserita all’interno di un veto per neutroni costituito da scintillatore liquido borato, il quale a sua volta è all’interno di un veto per muoni costituito da un rivelatore Cherenkov ad acqua. Questo design ha permesso a DarkSide-50 di beneficiare di una soppressione attiva del fondo, ed ha anche consentito l’esperienza diretta nell’operare un rivelatore a basso fondo all’interno di schermi attivi in prospettiva di futuri upgrade.

DS-20k consiste in due rivelatori concentrici alloggiati all'interno di un grande criostato sostanzialmente simile a quello dell'esperimento ProtoDUNE. L’inizio delle operazioni è previsto nel 2023 per rivelare materia oscura in forma di WIMP ovvero escludere una parte sostanziale dello spazio dei parametri, fino ad una sensibilità per la sezione d'urto WIMP-nucleone di 7.4x10-48 cm2 per una massa di 1TeV/c2.
Il rivelatore interno è una TPC in Argon in doppia fase (LAr TPC) in un contenitore costituito da acrilico ultra-puro (PMMA) riempito con Argon a ultra-bassa radioattività estratto da sorgenti sotterranee (UAr) letto da 8280 matrici di PDM (moduli di fotorivelatori) costituite da SiPM (fotomoltiplicatori su Silicio). L'altezza della TPC è 350 cm e la massa totale di UAr nel volume fiduciale è 49.7 tonnellate.
Il rivelatore di veto esterno è costruito da strati di PMMA caricato con Gadolinio, che circondano il rivelatore interno, e da una gabbia di Faraday esterna in rame. Il volume nel criostato risulta quindi diviso in tre diverse parti ed è riempito da 760 tonnellate di Argon liquido estratto dall’atmosfera. Le PDM saranno installate in ogni volume, che verrà utilizzato come rivelatore veto in anticoincidenza, diminuendo il fondo originato dai raggi cosmici e dai raggi gamma e neutroni emessi dai materiali di costruzione del rivelatore.
DarkSide-20k è progettato per lavorare in condizioni di "fondo nullo", intendendo che tutte le sorgenti di fondi radioattivi naturali o indotti dagli strumenti siano inferiori a 0.1 eventi per una esposizione di 200 tonnellate-anno. Tutti i fondi da radiazione al minimo di ionizzazione saranno completamente rimossi grazie all'azione combinata dell'analisi della forma degli impulsi (“Pulse Shape Discrimination”) della scintillazione primaria ed al suo confronto con la radiazione secondaria. Questa eccellente sensibilità ai rinculi coerenti dei nuclei permetterà a DarkSide-20k di rivelare impulsi di neutrini provenienti dall'esplosione di supernovae nella Via Lattea e, per la maggior parte della galassia, identificare chiaramente l'impulso di neutronizzazione, ottenendo una misura indipendente dal flavor del flusso totale dei neutrini e dell’energia media.



Responsabile del progetto 
Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo. (GSSI e Princeton University)
Viceresponsabile 
Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo. (INFN e Università di Napoli)

 

Collaborazione attuale (2019) di DarkSide-50

P. Agnes,1 I.F.M. Albuquerque,2 T. Alexander,3 A.K. Alton,4 M. Ave,2 H.O. Back,3 G. Batignani,5, 6 K. Biery,7 V. Bocci,8 G. Bonfini,9 W.M. Bonivento,10 B. Bottino,11, 12 S. Bussino,13, 14 M. Cadeddu,15, 10 M. Cadoni,15, 10 F. Calaprice,16 A. Caminata,12 N. Canci,1, 9 A. Candela,9 M. Caravati,15, 10 M. Cariello,12 M. Carlini,9, 17 M. Carpinelli,18, 19 S. Catalanotti,20, 21 V. Cataudella,20, 21 P. Cavalcante,22, 9 S. Cavuoti,20, 21 A. Chepurnov,23 C. Cicalò,10 A.G. Cocco,21 G. Covone,20, 21 D. D’Angelo,24, 25 M. D’Incecco,9 D. D’Urso,18, 19 S. Davini,12 A. De Candia,20, 21 S. De Cecco,8, 26 M. De Deo,9 G. De Filippis,20, 21 G. De Rosa,20, 21 A.V. Derbin,27 A. Devoto,15, 10 F. Di Eusanio,16, 22 G. Di Pietro,9, 25 C. Dionisi,8, 26 M. Downing,28 E. Edkins,29 A. Empl,1 G. Fiorillo,20, 21 K. Fomenko,30 D. Franco,31 F. Gabriele,9 C. Galbiati,16, 17 C. Ghiano,9 S. Giagu,8, 26 C. Giganti,32 G.K. Giovanetti,16 O. Gorchakov,30 A.M. Goretti,9 F. Granato,33 A. Grobov,34, 35 M. Gromov,23, 30 M. Guan,36 Y. Guardincerri,7, a M. Gulino,37, 19 B.R. Hackett,29 K. Herner,7 B. Hosseini,10 D. Hughes,16 P. Humble,3 E.V. Hungerford,1 Al. Ianni,9 An. Ianni,16, 9 V. Ippolito,8 T.N. Johnson,38 K. Keeter,39 C.L. Kendziora,7 I. Kochanek,9 G. Koh,16 D. Korablev,30 G. Korga,1, 9 A. Kubankin,40 M. Kuss,5 M. La Commara,20, 21 M. Lai,15, 10 X. Li,16 M. Lissia,10 G. Longo,20, 21 A.A. Machado,41 I.N. Machulin,34, 35 A. Mandarano,17, 9 L. Mapelli,16 S.M. Mari,13, 14 J. Maricic,29 C.J. Martoff,33 A. Messina,8, 26 P.D. Meyers,16 R. Milincic,29 A. Monte,7, 28 M. Morrocchi,5, 6 V.N. Muratova,27 P. Musico,12 A. Navrer Agasson,32 A.O. Nozdrina,34, 35 A. Oleinik,40 M. Orsini,9 F. Ortica,42, 43 L. Pagani,38 M. Pallavicini,11, 12 L. Pandola,19 E. Pantic,38 E. Paoloni,5, 6 K. Pelczar,9, 44 N. Pelliccia,42, 43 E. Picciau,15, 10 A. Pocar,28 S. Pordes,7 S.S. Poudel,1 H. Qian,16 F. Ragusa,24, 25 M. Razeti,10 A. Razeto,9 A.L. Renshaw,1 M. Rescigno,8 Q. Riffard,31 A. Romani,42, 43 B. Rossi,21 N. Rossi,9 D. Sablone,16, 9 O. Samoylov,30 W. Sands,16 S. Sanfilippo,14, 13 C. Savarese,17, 9, 16 B. Schlitzer,38 E. Segreto,41 D.A. Semenov,27 A. Shchagin,40 A. Sheshukov,30 P.N. Singh,1 M.D. Skorokhvatov,34, 35 O. Smirnov,30 A. Sotnikov,30 C. Stanford,16 S. Stracka,5 Y. Suvorov,20, 21, 34 R. Tartaglia,9 G. Testera,12 A. Tonazzo,31 P. Trinchese,20, 21 E.V. Unzhakov,27 M. Verducci,8, 26 A. Vishneva,30 R.B. Vogelaar,22 M. Wada,16, 10 T.J. Waldrop,4 H. Wang,45 Y. Wang,45 A.W. Watson,33 S. Westerdale,16 M.M. Wojcik,44 X. Xiang,16 X. Xiao,45 C. Yang,36 Z. Ye,1 C. Zhu,16 and G. Zuzel 44
 
1Department of Physics, University of Houston, Houston, TX 77204, USA
2Instituto de Física, Universidade de Sao Paulo, Sao Paulo 05508-090, Brazil
3Pacific Northwest National Laboratory, Richland, WA 99352, USA
4Physics Department, Augustana University, Sioux Falls, SD 57197, USA
5INFN Pisa, Pisa 56127, Italy
6Physics Department, Università degli Studi di Pisa, Pisa 56127, Italy
7Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, IL 60510, USA
8INFN Sezione di Roma, Roma 00185, Italy
9INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Assergi (AQ) 67100, Italy
10INFN Cagliari, Cagliari 09042, Italy
11Physics Department, Università degli Studi di Genova, Genova 16146, Italy
12INFN Genova, Genova 16146, Italy
13INFN Roma Tre, Roma 00146, Italy
14Mathematics and Physics Department, Università degli Studi Roma Tre, Roma 00146, Italy
15Physics Department, Università degli Studi di Cagliari, Cagliari 09042, Italy
16Physics Department, Princeton University, Princeton, NJ 08544, USA
17Gran Sasso Science Institute, L’Aquila 67100, Italy
18Chemistry and Pharmacy Department, Università degli Studi di Sassari, Sassari 07100, Italy
19INFN Laboratori Nazionali del Sud, Catania 95123, Italy
20Physics Department, Università degli Studi “Federico II” di Napoli, Napoli 80126, Italy
21INFN Napoli, Napoli 80126, Italy
22Virginia Tech, Blacksburg, VA 24061, USA
23Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics, Lomonosov Moscow State University, Moscow 119234, Russia
24Physics Department, Università degli Studi di Milano, Milano 20133, Italy
25INFN Milano, Milano 20133, Italy
26Physics Department, Sapienza Università di Roma, Roma 00185, Italy
27Saint Petersburg Nuclear Physics Institute, Gatchina 188350, Russia
28Amherst Center for Fundamental Interactions and Physics Department, University of Massachusetts, Amherst, MA 01003, USA
29Department of Physics and Astronomy, University of Hawaii, Honolulu, HI 96822, USA
30Joint Institute for Nuclear Research, Dubna 141980, Russia
31APC, Université Paris Diderot, CNRS/IN2P3, CEA/Irfu, Obs de Paris, USPC, Paris 75205, France
32LPNHE, CNRS/IN2P3, Sorbonne Université, Université Paris Diderot, Paris 75252, France
33Physics Department, Temple University, Philadelphia, PA 19122, USA
34National Research Centre Kurchatov Institute, Moscow 123182, Russia
35National Research Nuclear University MEPhI, Moscow 115409, Russia
36Institute of High Energy Physics, Beijing 100049, China
37Engineering and Architecture Faculty, Universita` di Enna Kore, Enna 94100, Italy
38Department of Physics, University of California, Davis, CA 95616, USA
39School of Natural Sciences, Black Hills State University, Spearfish, SD 57799, USA
40Radiation Physics Laboratory, Belgorod National Research University, Belgorod 308007, Russia
41Physics Institute, Universidade Estadual de Campinas, Campinas 13083, Brazil
42Chemistry, Biology and Biotechnology Department, Università degli Studi di Perugia, Perugia 06123, Italy
43INFN Perugia, Perugia 06123, Italy
44M. Smoluchowski Institute of Physics, Jagiellonian University, 30-348 Krakow, Poland
45Physics and Astronomy Department, University of California, Los Angeles, CA 90095, USA

 

Pubblicazioni recenti

P. Agnes et al. “First results from the DarkSide-50dark matter experiment at Laboratori Nazionali del Gran Sasso”. Physics Letters B, 743: 456-466 (2015).

P. Agnes et al. “Results from the first use of low radioactivity argon in a dark matter search”. Physical Review D, 93: 081101(R) (2016).

J. Xu et al. “A study of the trace 39Ar content in argon from deep underground sources”. Astroparticle Physics, 66: 53-60 (2015).

P. Agnes et al. "DarkSide-50 532-day dark matter search with low-radioactivity argon", Physical Review D 98, 102006 (2018).

P. Agnes et al. "Low-Mass Dark Matter Search with the DarkSide-50 Experiment", Physical Review Letters 121, 081307 (2018).

P. Agnes et al. "Constraints on Sub-GeV Dark-Matter–Electron Scattering from the DarkSide-50 Experiment", Physical Review Letters 121, 111303 (2018).


Sito ufficiale
http://darkside.lngs.infn.it/