MENU

Suche nach dunkler Materie mit Halbleitern

Dunkle Materie wird über eine Wechselwirkung mit der uns bekannten Materie nachgewiesen. Dabei wird Energie übertragen und diese Energie wird im Experiment gemessen und erlaubt Rückschlüsse über die Masse der dunklen Materie. Die Menge der deponierten Energie hängt dabei vom Stosspartner ab, und für leichte dunkle Materie, unterhalb eines GeV, führt der Kern als Stosspartner zu einer reduzierten Energie. Das Elektron hingegen ist aufgrund seiner kleineren Masse für den Nachweis von dunkler Materie im MeV besser geeignet. Das Electron ist jedoch nicht frei, sondern befindet sich in einem gebundenen Zustand, was die relation zwischen deponierter Energie und der Masse des dunkle Materie Teilchens verkompliziert.

 Innerhalb dieses R&D-Projekts untersuchen wir die Möglichkeit dunkle Materie im MeV-Massenbereich über die Streuung an einem Elektron in einem Silicium-Halbleiter nachzuweisen. Ein Rauscharmer Detektor, der einzelne Elektronen nachweisen kann hat das Potential dunkle Materie mit Massen runter zu wenigen MeV nachzuweisen. Wir benutzen einen Depletierten p-channel Feld-effekt Transistor, ähnlich zum Pixeldetektor beim Belle II Experiment. Für die Suche nach dunkler Materie wird der Detektor jedoch mit einer nicht-löschenden wiederholenden Auslese (repetitive non-destruktive readout) betrieben, mit der man ein Rauschen von weniger als ein electron äquivalent erreichen kann.

Ein Prototypsensor mit 64x64 Pixeln mit einer Grösse von 75x75 um2 existiert bereits. Ein Testaufbau speziell für die Suche nach dunkler Materie wird gerade aufgebaut und die ersten Messungen sind für 2018 geplant. Mit einer Laufzeit von 1 kg y erwarten wir, dass wir eine Sensitivität von 1041 cm2 für die Streuung eins dunkle Materie Teilchens mit der Masse von 10 MeV an einem freien Elektronen  erreichen können.

weitere Informationen: "DEPFET detectors for direct detection of MeV Dark Matter particles", A. Bähr et al., arXiv:1706.08666.