Detektormaterial för upptäckten av lätt mörk materia

Abstract

Under de senaste åren har teorierna kring mörk materia gått igenom ett paradigmskifte. Tidigare studier som har fokuserat på direkt detektion genom spridning mot atomkärnor har hittills inte gett några resultat. Bristen på upptäckter pekar mot att mörk materia-partiklarna är lättare än tidigare hypotetiserat. Jakten efter de osynliga partiklarna har därmed skiftat till detektion via spridning mot elektroner. Denna förändring medför behovet av en ny typ av detektormaterial som kan mäta elektronövergångar inducerade av mörk materia. Syftet med denna rapport är att studera elektronövergångar i detektormaterial, med mål att undersöka vilka material som är bäst lämpade för mörk materia-detektion. Detta arbete är delvis teoretiskt och delvis numerisk optimering. Först presenteras den väsentliga teorin vilken leder upp till en ekvation som beskriver hur effektivt ett visst ämne är som detektormaterial. Därefter sker en numerisk analys som nyttjar befintlig materialdata för att jämföra de modellerade spridningshastigheterna för de fyra ämnena kisel, germanium, aluminium och kiseldioxid. Av de nämnda materialen fanns aluminium vara bäst lämpad för direkt detektion av lätta mörk-materia partiklar. För att få en djupare förståelse av optimala detektormaterial hade vidare studier kunnat göra ett försök att maximera spridningshastigheten via analys av enstaka faktorer och variabler, snarare än att jämföra olika material i deras helhet. Detta hade kunnat uppnås genom att använda en mer generell modell av energiförlustfunktionen som inte beror på befintlig materialdata.