WIMP-Suche: Photonen und Neutrinos

Ähnliche Dokumente
Indirekte Suche nach Dunkler Materie mit VHE Gamma Strahlung

Indirekte WIMP-Suche: Neutrinos & Photonen

Photonen in Astronomie und Astrophysik Sommersemester 2015

Kosmische Strahlung Teilchen aus den Tiefen des Weltraums. Prof. Dr. Ulrich Katz Erlangen Centre for Astroparticle Physics 16.

Dunkle Materie und Teilchenphysik

Ergebnisse der TeV Gammastrahlungsastronomie

HiSCORE: Ein neuer Detektor für Gamma-Astronomie oberhalb von 30 TeV

Teilchenphysik mit kosmischen und mit erdgebundenen Beschleunigern

Indirekte Nachweismethoden für Dunkle Materie

Photonen in Astronomie und Astrophysik Sommersemester 2015

Indirekte Suche nach Dunkler Materie

Seminarvortrag zur Astro- und Teilchenphysik am

-Astronomie. Emission Spectrum of the Crab Nebula. optical. Synchrotron radiation

Astroteilchenphysik - I

Moderne Methoden/Experimente der Teilchen- und Astroteilchenphysik

Suche nach gepulster TeV-Gammastrahlung von Pulsaren mit H.E.S.S.

Neutrinoteleskope Astrophysikalisches Seminar WS 09/10 7. Dezember Wiebke Eikmann

Experimentelle Suche nach Dunkler Materie

Astroteilchenphysik I

Hochenergie-Astro-Teilchen- Physik. Vorlesung SS 2006 Hans J. Pirner

Von explodierenden Sternen und schwarzen Löchern. Vortrag 22 Uhr

Astroteilchenphysik I

Einführung in die Astroteilchenphysik. Hermann Kolanoski Institut für Physik, Humboldt-Universität zu Berlin

WIMP-Teilchen. Auf der Suche nach Cold Dark Matter mit astrophysikalischen Experimenten

WIMP-Teilchen. Suche mit astrophysikalischen- und Labor - Experimenten. Paulus Frischholz

Uli Katz Moderne Physik am Samstagmorgen,

11.4 Dunkle Materie und Dunkle Energie. Seite 38 Kapitel 11.

Seminar-Vortrag WIMP-Suche: Ballon-Experimente

Evidenzen zur dunklen Materie Scheinseminar Astro- und Teilchenphysik 2009 Mirjam Oertel

DWARF: Langzeitbeobachtung von Blazaren mit einem. Teleskop

Untersuchung der kosmischen Höhenstrahlung mit dem AMS01- Detektor im Weltraum

Jochen Müller. Scheinseminar Astro- und Teilchenphysik

Das Rätsel der Dunklen Materie Erhellendes aus Universum und Labor

Nieder-Energie-Neutrino-Physik

Direkter Nachweis dunkler Materie

Experimente der Teilchen- und Astroteilchenphysik

Experimente der Teilchen- und Astroteilchenphysik

Kosmische Strahlung in unserer Galaxie

Proton-Proton-Zyklus. p+p => 2 H+e + + ν e (99%) p+e - +p => 2 H+ ν e (1%) H+p => 3 He+γ. He+ 3 He => 4 He+2p (86%) He+ 4 He=> 7 Be+γ (14%)

Einführung in die Astroteilchenphysik

Dunkle Materie - Kandidaten aus der Teilchenphysik Proseminar WS 2010/2011: Kosmologie und Astroteilchenphysik

Tag der offenen Tür 16. Oktober 2007

Astroteilchenphysik I

Suche nach Dunkler Materie

VERITAS. Das Teleskop-System für Gamma-Strahlung. Heike Prokoph Technisches Seminar 29. Oktober 2013

Supersymmetriebrechung

Die dunkle Materie. von Manuel Bridger. 16. Januar 2014

Suche nach dunkler Materie am LHC

Suche nach kosmischen Neutrinos auf dem Grund des Mittelmeeres

Seminarvortrag zur Astrophysik WS 07/08

Kosmische Neutrinos. Sommersemester Universität Siegen Claus Grupen. Kosmische Neutrinos p. 1/52

Für Spektrum d. Wissenschaft März Gammastrahlen enthüllen Dunkle Materie

Luftschauer. Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 1

Astroteilchenphysik I

Moderne Physik: Elementarteilchenphysik, Astroteilchenphysik, Kosmologie

Gamma-Blitze. Ihre Entdeckung und Entstehung. Seminar: Aktuelle Probleme der Astrophysik - SS2010

Frank Fiedler Kamiokanne

Neutrinophysik. Prof. Dr. Caren Hagner Universität Hamburg

WIMP Suche mit Weltraum-Experimenten

Gamma Ray Bursts Fakten und die Zukunft

Neutrino Oszillation. Von Richard Peschke

Vortrag zur Vorlesung. Teilchenastrophysik WS 2002/ am Beispiel von. HESS und CANGAROO. von Thomas Berg

Pamela findet Antimaterie

Physik der massiven Neutrinos

6.3.2 Detektoren zum WIMP-Nachweis 1

Astroteilchenphysik I

8.3.2 Detektoren zum WIMP-Nachweis 1

Perspektiven der ecap

3. Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik

Neutrinooszillationen

DAS SOLARE NEUTRINO-PROBLEM... und wie man damit umgeht. Peter Steinbach Institut für Kern- und Teilchenphysik TU Dresden

Neutrino - Oszillationen

Hochenergetische Teilchen als Boten aus dem Kosmos

SUSY - TEILCHEN. als Dunkle Materie. Theorie und Nachweis. Hauptseminar über Dunkle Materie Hilmar Schachenmayr

Die untere Abb. ist die Differenz zu einem Modell mit q 0 = 0, also (m M) = log (1 q 0 ) z +...

ATHENA* Entwicklung eines Softwaretriggers für die neue AMANDA Daten Akquisition(Daq) *Advanced TWR DAQ for High Energy Neutrino Search with AMANDA

VORTRAG Lukas Sohl

Auf der Suche nach dem Unsichtbaren: Dunkle Materie in Teilchenkollisionen am CERN. Monica Dunford

Dunkle Materie & Dunkle Energie: die unbekannten 95% des Universums

Gigantische Explosionen

Neutrinoquellen im Kosmos: Supernovae Martina Davids

Astroteilchenphysik I

IceCube. Astronomische Boten (Elektromagnetische Strahlung) Auf dem Weg zum 1 km 3 großen Neutrinodetektor. Technisches Seminar 03.

Der Super-Kamiokande Detektor

Suche nach Dunkler Materie in Assoziation mit einem hadronisch zerfallenden W /Z -Boson mit den Run-2-Daten des ATLAS-Detektors

Direkter Nachweis Dunkler Materie

Detektorentwicklung für Polarimetrie am ILC

Elementarteilchenphysik

Solare Neutrinos. Axel Winter RWTH-Aachen betreut von Prof. Flügge

1) Teilchenbeschleunigung am LHC und im Kosmos

Nachweis des Myon-Neutrinos

Neutrinos und andere Geisterteilchen. M. Lindner

Die Materie trägt nicht dominant zur Gesamtdichte bei: Ω M 27%. Der größte (und am wenigsten verstandene Anteil) ist die Dunkle Energie :

Suche nach Dunkler Materie in Assoziation mit einem hadronisch zerfallenden W /Z -Boson mit den Run-2-Daten des ATLAS-Detektors

IceCube - Astrophysik mit kosmischen Neutrinos am Südpol

Astroteilchenphysik I

Kosmologie. Wintersemester 2015/16 Vorlesung # 12,

Das XENON-Experiment

Aktuelle Experimente der Astroteilchenphysik

Astroteilchenphysik und die Suche nach Neutrinos im Mittelmeer

Transkript:

Dunkle Materie - Neue Experimente zur Teilchen- und Astrophysik γ WIMP-Suche: Photonen und Neutrinos Redner: Simon Sawallich Betreuer: Professor C. Wiebusch Tag: Montag, 25.06.2007 ν

WIMP Allgemein Neutrinos Konstruktion Eigenschaften, Detektion Experimente» AMANDA, IceCube, Super-Kamiokande Hochenergetische Photonen Allgemein, Detektionsmöglichkeiten Experimente Ergebnisse» EGRET, H.E.S.S., GLAST 2

WIMP: Voraussetzungen WIMP: weakly interacting massive particle SUSY: WIMP = LSP = leichtestes Neutralino Neutralino: Linearkombination aus Gauginos und Higgsinos: Majorana-Teilchen Selbst-Annihilation R-Parität LSP ist stabil, zwei annihilieren zu Produkten 3

WIMP: Neutralino Zerfallskanäle: χχ + ll qq W, Z, H γ, υ Neutralinomasse: Beschleunigerexperimente: Kosmologische Betrachtungen: 4 m 50 χ m 10 χ GeV TeV

Neutrinos 5

Neutrinos Eigenschaften: Schwach wechselwirkend, neutral» zeigen direkt auf die Quelle» sind schwierig zu detektieren Herkunft: Neutralinoannihilation» Hohe Neutralinodichte» In schweren Himmelskörpern Experimente: AMANDA, IceCube, Super-Kamiokande 6

Neutrinos Quellen für DM-Annihilation mit detektierbaren Neutrinos: - Sonne -Erde - galaktischen Zentrum 7

Einfangrate: Neutralino-Annihilationen Änderung der Neutralino-Anzahl: Einige Modellunsicherheiten Aktuelle Annihilationsrate: 8

Aktuelle Annihilationsrate: Neutralino-Annihilationen Tanh: Maximal für Gleichgewicht: unabh. von A steady state : 9

NEUTRINOS 10

AMANDA: Experiment 11

AMANDA: Experiment AMANDA-II: - 19 senkrechte Bänder - 677 optische Module - 1500-2000 m - Detektieren Cherenkov-Licht - Daten seit 1996 - komplett sei 2000 12

AMANDA: Experiment Optische Module: - horizontaler Abstand: 25-50 m - vertikaler Abstand: 10-20 m - Druck-Glaskugel - optisches Gel - Photomultiplier tube (PMT) - versendet analoges PMT-Signal 028 13

AMANDA: Interessante Messzeit - Sonnenposition allgemein: Zenitwinkel: - Interessant: südlicher Winter: - Sonne unter dem Horizont Neutrinos müssen durch die Erde 14

Neutrino-Signal Simulation des Neutralino-Neutrino-Signals: 15

DarkSUSY 032 16

Neutrino-Signal Simulation des Neutralino-Neutrino-Signals: Hard: Soft: χχ WW χχ bb + Simulationsprogramme Neutrino-Nukleon Wechselwirkung: PYTHIA Atmosphärischer Hintergrund: Neutrinos: Muonen: NUSIM CORSIKA Muon Propagation: MMC 17

AMANDA: Sonne Messung: Keine Erhöhung bei Ω=0 Limits an Annihilationsrate Limits an Muonfluss Ω = Winkels (Neutrinospur, Sonnenposition) 18

AMANDA: Sonne Messung: Keine Erhöhung bei Ω=0 Limits an Annihilationsrate Limits an Muonfluss 19

AMANDA: Erde 20

IceCube IceCube-80: - 4800 optische Module - 80 Bänder - 1,5-2,5 km unter Eisoberfläche - vertikaler Abstand: 17 m - horizontaler Abstand: 125 m - Mindestenergie: 100 GeV 21

IceCube 22

IceCube IceCube: Digitale optische Module (DOMs) 23

IceCube: Ergebnisse Sonne Erwartungen Messzeit: 3 Jahre Limits an den Muonfluss aufgrund von Neutralino-Annihilation in der Sonne 24

IceCube: Ergebnisse Erde Erwartungen Messzeit: 3 Jahre Limits an den Muonfluss aufgrund von Neutralino-Annihilation in der Erde 25

IceCube-86 Ziele: Kleinerer DOM-Abstand Sensibler für weniger Licht geringere Muonenergie DeepCore: - 6 Kabel mit je 60 DOMs - Abstand je 12 m Simulations-Ergebnisse: - 1,9-mal mehr getriggerte Ereignisse - 3,4-faches effektives Volumen 26

Super-Kamiokande 27

Super-K Super-Kamiokande: - Kamioka-Mozumi Mine - 1000 m unter der Oberfläche - detektiert Cherenkov-Licht in 50.000 t Wasser - 11.146 x 50 cm Photomultiplier innen - 1885 x 20 cm Photomultiplier außen als Vetozähler gegen kosmische Strahlen 28

Super-K Betrachtet: - aufsteigende Muonen von -Erde - Sonne - galaktischem Zentrum - Energieschwelle: - 1,6 GeV = 7 m Weglänge Erde Zugrundegelegte Daten: - 1680 Tage Datenaufnahme - 1892 Muon-Ereignisse Hintergrund Ereignisse: -simulieren - abziehen 29

Super-K Sonne Galaktisches Zentrum Kein Anzeichen für nichtatmosphärische Neutrinos 30

Super-K: Ergebnisse Erde Sonne GC 31

Neutrinos: Ergebnisse (simulierte) Daten über unterschiedlich lange Messzeiten: - AMANDA: ~ 200 Tage - Super-K: ~ 5 Jahre - IceCube: ~ 3 Jahre Fluss-Limits sinken Einschränkungen an SUSY 32

Photonen 33

Photonen χχ + ll qq W, Z, H γ, υ Eigenschaften: Ungeladen keine Ablenkung in Magnetfelder Zeigen zur Quelle Experimente: Weltraum: Niedrige Energien Boden-Teleskope: Hohe Energien, höhere Schwellenenergie Beispiele: EGRET, H.E.S.S., GLAST 34

EGRET Energetic Gamma Ray Experiment Telescope am Compton Gamma Ray Observatory (CGRO) 35

EGRET: Funktionsweise Idee: Paarproduktion Photon wird gestoppt + - Photon zerfällt in e e -Paar Dieses wird vermessen Technik: Funkenkammer NaI(Tl)-Kalorimeter (TASC) Plastik-Szintillator Veto-Detektor Eigenschaften: Energiebereich 20 MeV - 30 GeV Auflösung 10 % Effektive Fläche 1500 cm² Sichtwinkel 0,5 sr Winkelauflösung 5,8 (100MeV) 0,5 (5 GeV) Totzeit 100 ms 36

EGRET: All Sky Map Quellen für Photonen: Gammastrahlung aus Punktquellen Diffuser Photonen-Hintergrund: - Cosmic-ray Wechselwirkung - inverse Compton-Streuung - Elektron-Bremsstrahlung Photonen aus DM-Annihilation 37

EGRET: Ergebnis Ergebnis der All-Sky-Messung - Überschuss über Hintergrund - Erklärung mit WIMP - Masse: ~ 60 GeV 38

EGRET: Einschränkungen Grenzen: - Higgs-Limit - LSP muss neutral sein - Elektroschwache Symmetriebrechung (EWSB) - EGRET-Daten A 0 = 0 SUSY-Parameter (Stern): m m 0 1/2 = 1400 GeV = 175 GeV tan β = 51 0,09 Ω ² 0,13 χ h 39

EGRET: Galaktisches Zentrum Blick auf galaktisches Zentrum: Winkelbereich um GC: Δl 5 Δb 2 Photon-Überschuss: DM-Annihilation? Erklärung: - MSSM -GUT - Neutralinomasse: 40

EGRET: Systematischer Fehler? Doch kein Anzeichen für Dunkle Materie? - Einfacher Faktor reicht, um Modell ohne DMA und Anomalie anzupassen - diffuse EGRET-Anomalie ist gleichförmig über den Himmel verteilt - DM sollte irgendwie strukturiert sein - Antiproton-Fluss passt nicht - bei hohen Energien ist EGRET-Sensibilität nicht gut gekannt (älterer Artikel) - aber auch nicht DEN Fehler gefunden Stecker, Hunter: The Likely Cause of the EGRET GeV Anomaly and its Implications http://de.arxiv.org/abs/0705.4311v1 Genauere Messung: GLAST 41

H.E.S.S. High Energy Stereoscopic System Namibia 2002: Ein Teleskop 2004: Vier Teleskope, 120 m Abstand Cherenkov-Detektor Effektive Fläche: 50 000 m² Energieschwelle: 100 GeV 42

H.E.S.S. Teleskop: 382 Spiegel à 60 cm 108 m² Spiegelfläche Fokuslänge 15 m Ausgerichtet auf 10 km Höhe 43

H.E.S.S. Kamera: Insgesamt 1,6 m hoch Anordnung von 960 Photomultipliern Sichtwinkel 5 Verstärkung 2*10^5 Trigger: 3-5 Pixel triggern gleichzeitig, d.h. ~ 5 Photoelektronen pro Pixel Koinzidenz mit anderer Kamera speichern 44

H.E.S.S. 45

H.E.S.S.: Galaktisches Zentrum Blick auf das galaktische Zentrum Dominant: GC + Supernovarest G0.9 Punktquellen abziehen Verteilung wie molekulares Gas - keine DM Quelle neben GC: - Black hole Sgr A* - SN-Rest Sgr A East - cosmic-ray interaction near GC - Annihilation in DM halo 46

H.E.S.S.: Punktquelle Daten sind nicht durch Dunkle Materie Annihilation (DMA) zu erklären. Konventionelle Gammaquelle (evtl. + DMA) 47

H.E.S.S.: Alternative Interpretation Potenzgesetz astrophysikalischen Ursprungs + DM-Annihilation (500 GeV Neutralino) DMA nicht auszuschließen, aber kein echtes Indiz Unsicherheiten bzgl. der Kenntnis des Hintergrunds 48

Verschiedene Ergebnisse Vergleich von H.E.S.S. mit CANGAROO-II (und EGRET) Energiebereich zwischen EGRET (30 GeV) und H.E.S.S. (100 GeV) untersuchen 49

GLAST Gamma-Ray Large Area Space Telescope Start: Anfang 2008 Instrumente: - Large Area Telescope (LAT) - GLAST Burst Monitor (GBM) 50

GLAST 51

GLAST: LAT LAT EGRET Energie 20 MeV - 300 GeV 20 MeV - 30 GeV Auflösung < 10% 10% 2 2 Effektive Fläche > 8000 cm 1500 cm Sichtwinkel > 2 sr 0.5 sr Winkelauflösung < 3.5 (100 MeV) 5.8 (100 MeV) < 0.15 (>10 GeV) 0,5 (>5 GeV) Totzeit < 100 μs 100 ms Quellen-Lokalisation < 0.5 15 Punktquellen-Sensitivität -5-2 -1 < 6 10 m s -3-2 -1 ~ 10 m s 52

GLAST GLAST-Sensitivität bzgl. Quellen von DM-Annihilation 53

GLAST: Ergebnisse Erwartungen an GLAST: - EGRET kontrollieren - Energiebereiche vereinigen - kleinere Flüsse messen - Dunkle Materie finden? Sensitivität verschiedener Photonen-Detektoren 54

WIMP-Suche: Neutrinos + Photonen Bisherige Experimente laufen lassen, neue Experimente aufbauen: verbesserte Sensitivität und Auflösung bekannte DM-Kandidaten finden oder ausschließen 55

WIMP-Suche: Neutrinos + Photonen Bisherige Experimente laufen lassen, neue Experimente aufbauen: verbesserte Sensitivität und Auflösung bekannte DM-Kandidaten finden oder ausschließen 56