Результаты поиска WIMP в эксперименте EDELWEISS тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

13-2010-20

На правах рукописи УДК 539.1

003494594

ЛУБАШЕВСКИЙ Алексей Владимирович

РЕЗУЛЬТАТЫ ПОИСКА WIMP В ЭКСПЕРИМЕНТЕ EDELWEISS

Специальность: 01.04.16 — физика атомного ядра и элементарных частиц

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

2 5 Ш? 2010

Дубна 2010

003494594

Работа выполнена в Лаборатории ядерных проблем им. В.П.Джелепова Объединенного института ядерных исследований (г. Дубна).

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук Е.А.Якушев

ОИЯИ (г. Дубна)

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук A.C. Барабаш

ИТЭФ (г.Москва)

кандидат физико-математических наук А.В.Гладышев

ЛТФ, ОИЯИ (г.Дубна)

Ведущая организация: Баксанская нейтринная обсерватория, ИЯИ

(Кабардино-Балкария)

Защита состоится "_"_2010 г. в_часов на заседании

диссертационного совета Д 720.001.03 в Объединенном институте ядерных исследований по адресу: 141980, г.Дубна Московской области, ОИЯИ, конференц-зал ЛЯП.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИЯИ.

Автореферат разослан "_" _2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета. доктор физико-математических наук, профессор

Ю.А.Батусов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований

Одним из наиболее важных вопросов в современной физике частиц является проблема существования скрытой массы во Вселенной. Большое количество различных астрофизических экспериментальных данных свидетельствует о наличии холодной небарионной темной материи. Возможным объяснением данного факта является существование во Вселенной неизвестных слабовзаимодействующих массивных частиц (Weakly Interacting Massive Particle - WIMP), как например, нейтралино, предсказываемые суперсимметричными теориями (SUSY). Прямое наблюдение таких частиц в лаборатории является ключевым элементом для подтверждения их существования и понимания их свойств, и поэтому имеет первостепенную важность и для астрофизики, и для физики частиц. WIMPs можно обнаружить при их упругом рассеянии на ядрах вещества, в частности, по регистрации ядер отдачи, образующихся при таком рассеянии в германиевом детекторе. Так как WIMP взаимодействует с нуклонами слабым образом, то рассеяние WIMP на обычной материи является редким событием (менее десяти событий на килограмм материи в год). Этот факт, а также низкая энергия отдачи, являются основными трудностями для прямого детектирования WIMP. Один из возможных путей решения данной проблемы - проведение экспериментов с использованием новой генерации криогенных детекторов, сочетающих низкий энергетический порог, высокое инструментальное разрешение и мощную возможность выделения фоновых событий.

Данная экспериментальная техника используется во французско-немецко-российском эксперименте EDELWEISS (Expérience pour DEtecter Les WIMPs En Site Souterrain). Регистрация ядер отдачи в эксперименте осуществляется с помощью криогенных германиевых болометров, способных одновременно регистрировать ионизационный и тепловой сигналы в области поиска WIMP. Одновременное измерение детекторами ионизационного и теплового сигнала позволяет производить эффективную дискриминацию событий от ядер отдачи, и событий от фотонов и электронов, и таким образом понизить фон при поиске WIMP на 4 порядка. Однако, события от электронов, зарегистрированные в поверхностном слое детекторов, из-за неполного сбора заряда не поддаются такой дискриминации и приводят к ограничению чувствительности эксперимента. В данной работе производится моделирование, анализ таких событий и рассматриваются позиционно-чувствительные детекторы нового типа, обладающие возможностью значительного устранения данного фона, что впервые открывает возможность прямого поиска WIMP при ожидаемом нулевом уровне ложных событий.

Несмотря на уникальные методы, используемые в эксперименте для снижения фона, его полное подавление возможно только при низком начальном уровне. Одним из наиболее опасных источников фона в эксперименте является 22Rn. Представляя собой благородный радиоактивный газ, он может проникать внутрь защиты установки, что приводит к увеличению количества фоновых

событий. Основной проблемой, связанной с радоном, является наличие в его цепочке распада долгоживущего изотопа 210РЬ, следовые количества которого на детекторах приводят к возникновению трудноустранимых поверхностных событий. Другим источником таких событий может являться углерод-14, бета-радиоактивный изотоп с граничной энергией частиц в 156 кэВ, входящий в состав природных углеродных соединений. В отсутствии дискриминации поверхностных событий, этот вид фона будет главным фактором, снижающим чувствительность эксперимента. Поэтому задача по его детальному изучению является ключевой при проведении эксперимента. В частности, необходимо определить какие именно поверхности, и в каком количестве загрязнены 2ШРЬ и 14С, ожидаемый от них аппаратурный спектр, глубину проникновения частиц внутрь детектора. Для получения данной информации необходимо детальное моделирование и калибровки в условиях реального эксперимента. В ходе выполнения работы было показано, что загрязнение 210РЬ действительно является основным неустранимым источником фона в EDELWEISS. Для его подавления были разработаны позиционно-чувствительные детекторы, параметры которых выбирались с учетом моделирования. Экспериментально было показано, что при использовании криогенных позициоино-чувствительных детекторов, можно полностью подавить фоновые события, что является потенциалом для достижения чувствительности к сечению рассеяния частиц темной материи в области возможного обнаружения WIMP, согласно некоторым теоретическим предсказаниям SUSY.

Все вышеперечисленное легло в основу настоящей работы, а также позволило считать выбранную тему актуальной.

Цель работы

Главной целью диссертационной работы является поиск рассеяния WIMP-нуклон с помощью криогенных германиевых детекторов в эксперименте EDELWEISS. Одной из первостепенных задач при этом является изучение и снижение количества фоновых событий. Обеспечение набора данных на низком уровне фона необходимо для успешного поиска WIMP-нуклон рассеяния на ядрах германиевых болометров. При проведении поиска рассеяния WIMP необходимо было решить следующие задачи:

• Провести набор данных в эксперименте EDELWEISS. Обеспечить стабильность набора данных. Проанализировать полученные результаты.

• Исследовать фоновые условия в эксперименте, в частности, определить содержание радона внутри пассивной защиты эксперимента и обеспечить его непрерывный контроль. Исследовать содержание радона в чистой комнате, в которой находится экспериментальная установка, и местах хранения детекторов. Понизить концентрацию радона внутри пассивной защиты эксперимента.

• Выполнить моделирование загрязнения поверхностей детекторов радиоактивными изотопами 210РЬ и |4С. Необходимо определить возможное количество возникающих фоновых событий в эксперименте, понять их структуру и место энерговыделения.

• На основании сравнения моделирования и экспериментальных данных произвести идентификацию наблюдаемых фоновых событий в EDELWEISS.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• С помощью криогенных германиевых болометров получено новое ограничение на сечение спин-независимого рассеяния WIMP-нуклон на уровне 5* 10"7 пб, для WIMP с массой в районе 100 ГэВ.

• С помощью данных моделирования и калибровочных данных было показано, что основной фон в EDELWEISS вызван дочерними продуктами распада 2|0РЬ и |4С. Была разработана методика моделирования загрязнения 210РЬ и [4С. В частности, была создана оригинальная программа генерирующая низкоэнергетические частицы из распада 210РЬ.

• Были созданы инструменты для исследования фона, такие как детектор радона со способностью детектирования концентраций радона-222 на уровне нескольких мБк/м3 за один день измерений.

• Впервые была показана высокая эффективность отбора поверхностных событий с использованием позиционно-чувствительных детекторов. Экспериментально полученный уровень фона в области поиска WIMP составил 0.1 событие за время измерений эквивалентное 3500 кг*суток. Это означает, что после набора данных в течение трех лет EDELWEISS будет иметь лучшую в мире чувствительность к сечению рассеяния частиц темной материи на нуклоне на уровне 4*10"9 пб.

Практическая ценность работы определяется следующим:

• Разработан высокочувствительный радоновый детектор, способный измерять низкие концентрации 222Rn. Данный прибор может иметь широкое практическое применение везде, где необходимы точные измерения и контроль содержания 222Rn в атмосфере. Это актуально для большинства низкофоновых экспериментов, как например, для экспериментов NEMO-3, GERDA по поиску двойного безнейтринного бета-распада и других.

• Созданные инструменты для моделирования загрязнения поверхности 210РЬ, в частности оригинальный генератор низкоэнергетических частиц из распада 2|0РЬ, могут иметь применение и в других низкофоновых измерениях, в частности для всех экспериментов по прямому поиску темной материи (CDMS, XENON, CRESST и другие).

На защиту выносятся следующие положения и результаты:

1. Ограничение, полученное с помощью криогенных германиевых детекторов в эксперименте EDELWEISS, на сечение спин-независимого рассеяния WIMP-нуклон на уровне 5*10"7 пб, для WIMP с массой в районе 100 ГэВ.

2. Введение в эксплуатацию и результаты калибровки детекторов нового типа с копланарными кольцевыми электродами. При этом была экспериментально продемонстрирована возможность осуществлять при помощи этих детекторов поиск WIMP при уровне фона ~ 1 события в год на 100 кг вещества. Впервые показана принципиальная возможность достижения чувствительности 5x10"9 пб при полном подавлении фона, что позволит проверить большой класс SUSY моделей.

3. Создание высокочувствительного детектора 222Rn. Была разработана методика измерений и разработано программное обеспечение для анализа данных.

4. Двукратное снижение гамма-фона в эксперименте, вызванное снижением содержания 222Rn внутри пассивной зашиты эксперимента EDELWEISS до уровня менее 50 мБк/м3 и обеспечением его непрерывного контроля.

5. Результаты идентификации фоновых событий в эксперименте с помощью сравнения данных моделирования и экспериментальных данных. Моделирование поверхностных событий, вызванных дочерними продуктами распада 2ШРЬ и 14С, предсказывает количество фоновых событий в области поиска WIMP, и позволяет определить параметры отбора в позиционно-чувствительных детекторах, используемых в EDELWEISS.

Апробация работы и публикации

Результаты исследований, положенные в основу диссертации, представлялись и докладывались:

• на международных конференциях по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра (Воронеж-2007, Москва-2008, Чебоксары-2009).

• на международных рабочих совещаниях коллаборации EDELWEISS (Альбервиль-2006, Париж-2007, Дубна-2007, Асуа-2008, Карсруэ-2009).

• на международных научных конференциях молодых ученых и специалистов ОИЯИ (Дубна-2006, Дубна-2007, Дубна-2008, Дубна-2009), а также на семинарах в Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ.

Материалы, являющиеся основой диссертации, изложены в 10 публикациях.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав основного содержания и заключения. Содержит 115 страниц печатного текста, 108 рисунков, 8 таблиц и список литературы из 130 наименований. Полный объем 128 страницы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность научных проблем, изучению которых посвящена работа. Изложены цели и методы поиска рассеяния WIMP-

нуклон в эксперименте EDELWEISS с помощью криогенных германиевых болометров. Дано краткое содержание диссертации по главам.

В первой главе диссертации описывается современное состояние накопленных знаний о темной материи, вводятся основные термины и определения, использующиеся в данной работе. В первом разделе обосновывается очевидность существования небарионной темной материи на основании большого количества экспериментальных данных. При этом доля такой материи во много раз превышает количество известной. Во втором разделе приводятся теоретические гипотезы, в которых возникают кандидаты на роль темной материи. Необходимо отметить, что все известные частицы, в том числе три известных типа нейтрино, не способны описать наблюдаемый дефицит материи. В настоящее время одним из наиболее вероятных кандидатов на роль частиц темной материи является класс слабовзаимодействугощих массивных частиц (WIMP), таких как, например, нейтралино, возникающих в суперсимметричных теориях. В третьем разделе описываются ядерно-физические методы детектирования слабовзаимодействующих частиц. Одним из способов регистрации WIMP является поиск их упругого рассеяния на ядрах обычного вещества. При этом возникает характеристический спектр ядер отдачи. В этом разделе приводятся ожидаемые характеристики этого спектра. Приводится описание различных экспериментальных методов регистрации ядер отдач. Процесс рассеяния WIMP на ядре является редким процессом, поэтому для надежной регистрации такого события необходимо принимать серьезнейшие меры по борьбе с фоном. В четвертом разделе описываются современные эксперименты по прямому поиску WIMP. Приводятся результаты, полученные в этих экспериментах, в том числе обсуждается положительный результат коллаборации DAMA. Обсуждаются перспективы существующих и будущих экспериментов. Одной из самых перспективных методик является использование криогенных германиевых болометров, которая и применяется в эксперименте EDELWEISS.

Во второй главе дается обзор экспериментальной техники и методов, используемых в эксперименте EDELWEISS. Вначале описан прототип экспериментальной установки (первая фаза эксперимента, названная EDELWEISS-I), и полученные на нем данные. Исследования, проведенные в EDELWEISS-I, позволили сделать выводы о влиянии фоновых условий на экспериментальный спектр и получить лучшую для того времени чувствительность к детектированию рассеяния WIMP. Во втором разделе приводится общее описание эксперимента EDELWEISS-II. С учетом первой фазы эксперимента были приняты специальные меры по защите от фоновых событий. Был разработан низкофоновый криостат растворения реверсного типа, способный охлаждать до 120 детекторов с общей массой до 40 кг. Температура детекторов поддерживается на уровне около 20 мК на протяжении длительного времени (месяцы измерений). Обеспечиваемая стабильность температурного режима составляет лучше 0.01 мК. В третьем разделе дается описание детекторов, используемых в эксперименте для поиска рассеяния WIMP, а именно криогенных германиевых болометров различного типа. Основными

детекторами (NTD), используемыми в EDELWEISS, являются HPGe детекторы, массой 320 грамм каждый. Данные детекторы позволяют проводить одновременное измерение ионизационного и теплового сигнала, что позволяет эффективно отбирать события от ядер отдачи, и событий от фотонов и электронов, и таким образом понизить фон для поиска WIMP на 4 порядка. Измерение ионизационного сигнала осуществляется традиционным образом, а для снятия теплового сигнала используется NTD термисторы. Дальнейшее подавление фона обеспечивается использованием системы из концентрических электродов, позволяющих эффективно подавлять поверхностные события. Это реализовано в новых детекторах INTERDIGIT типа. В четвертом разделе рассматриваются принципы защиты от фоновых событий. Для устранения космогенного фона эксперимент проводится в подземной лаборатории LSM, расположенной на границе Франции и Италии. Толщина скальных пород над лабораторией соответствуют 4700 метров водного эквивалента, что позволяет ослабить поток мюонов на 6 порядков и поток нейтронов на 4 порядка. Для защиты от естественной радиоактивности в эксперименте используется как пассивная, так и активная системы защиты. На рисунке 1 представлена схема защиты и находящихся внутри нее детекторов.

Защита из свинца

Нейтронная защита

Рис. 1. Схема защиты от фона, применяемая в эксперименте EDELWEISS. Слева показаны все части установки, включая криостат растворении с детекторами и активную и пассивную защиты; справа показана верхняя часть криостата с детекторами.

В следующем разделе описывается методы получения экспериментальных данных. Приводится описание процедур калибровок, необходимых для последующего анализа данных, и процедур регенерации детекторов,

необходимых для обеспечения стабильного набора данных при неизменной функции отклика.

Третья глава посвящена изучению фоновых условий в эксперименте. В первом разделе описывается конструкция радонового детектора. Радиоактивный благородный газ 222Rn представляет опасность для большинства низкофоновых экспериментов, кроме того, в цепочке его распада имеется долгоживущий изотоп 2|0РЬ, накопление которого приводит к появлению трудноустранимого постоянного источника фона. Кроме того, непрерывный контроль радона, и в частности его сезонных изменений, необходим для корректной интерпретации данных по поиску WIMP, ожидаемый энергетический спектр которых также имеет сезонные вариации. Поэтому для исследования фоновых условий в эксперименте был создан высокочувствительный радоновый детектор. Принципиальная схема радонового детектора показана на рисунке 2.

Рис. 2. Схема радонового детектора и полученный энергетический спектр.

В основе действия радонового детектора лежит метод электростатического сбора на альфа-детекторе дочерних альфа-радиоактивных продуктов распада 222Rn из газовой смеси. Данный детектор способен измерять низкие концентрации радона в атмосфере вплоть до нескольких мБк/м3. С помощью этого детектора были исследованы фоновые условия в подземной лаборатории LSM, в том числе содержание радона внутри защиты эксперимента EDELWEISS. При помощи детектора была оптимизирована анти-радоновая защита криостата. В настоящее время набор WIMP данных ведется на контролируемом уровне 222Rn внутри защиты ниже 50 мБк/м3. Это привело к двукратному понижению уровня гамма фона в эксперименте. Второй раздел посвящен моделированию фоновых события от дочерних продуктов распада

099 91П

Rn, в частности РЬ. Для этого был создан генератор частиц, возникающих в результате распада 210РЬ. При этом были детально описаны низкоэпергетические частицы из атомных процессов. С использованием пакетов Penelope и Geant4 была создана геометрия эксперимента и были смоделированы фоновые события, возникающие в детекторах. Для проверки

моделирования фона были проведены калибровочные измерения с источником 210РЬ. Эти измерения были проведены с одним из детекторов, установленным в EDELWEISS.

^ЩщЩШш

ШЗВ

№ ÉÉek

anit

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Энергия отдачи, kjB

100 120 140 160 180 200

Энергии отдач«, icifí

Рис. 3. Сравнение экспериментальных и смоделированных данных. На графике слева энергетический спектр, черные точки с погрешностями - экспериментальный спектр с источником 2,0РЬ, красная линия результат моделирования, зеленые точки с погрешностями - экспериментальный счет без источника. Справа по оси у -ионизационный выход. Черные точки соответствуют экспериментальным данным, красные - моделированию. Смоделированный спектр нормирован только на количество зарегистрированных альфа-частиц.

Из рисунка 3 видно, что моделирование хорошо предсказывает интенсивность и положение пиков в экспериментальном калибровочном спектре. Эта информация позволяет корректно анализировать экспериментальные данные и определить происхождения фоновых событий. Было показано, что количество фоновых событий можно оценить, зная число зарегистрированных альфа-частиц. Проведенный анализ месторасположения событий от 2ШРЬ показывает эффективность позиционно-чувствительных детекторов в дискриминации поверхностных событий. В третьем разделе описывается моделирование загрязнения поверхности детекторов 14С, входящим в состав углеродосодержащих соединений, которые предположительно могут находиться на поверхности детекторов. Испуская электроны при распаде, |4С представляет собой источник поверхностных событий. Было произведено моделирование его влияния на структуру экспериментального спектра. Рассчитанный спектр и интенсивность фоновых событий, вызванных распадом углерода-14, необходимо учитывать при анализе существующих данных и планировании будущих экспериментов.

В четвертой главе описываются первые результаты, полученные в эксперименте EDELWEISS-I1. Большую часть из 28 детекторов, находящихся в эксперименте в 2007-2008 годах, составляли ИТО детекторы. Полученный экспериментальный спектр и результат его анализа представлены на рисунке 4.

Экспериментальный спеетр, NTD детекторы, V■ -7B, 93.5 кг'суток

I Рис. 4. Экспериментальный спектр, полученный в измерениях с NTD детекторами (слева) и полученное ограничение на спин-независимое сечение WlMP-пуклоп рассеянии (справа).

Анализ экспериментальных данных позволил получить ограничение на спин-независимое (С-Н) сечение рассеяния WIMP-нуклон на уровне в 5x10"7 пб (для массы WIMP около 100 ГэВ). Как видно из рисунка 4 слева, измерения с NTD детекторами не позволили полностью избавиться от фоновых событий, которые при помощи моделирования были идентифицированы как поверхностные события, возникающие от 2ШРЬ. Таким образом, несмотря на принятые меры по снижению концентрации радона, его дочерние продукты распада присутствуют в эксперименте. Для подавления поверхностных событий необходимо использовать детекторы с возможностью их эффективного отбора. Одним из наиболее перспективных видов детекторов являются разработанные INTERDIGIT детекторы. Калибровочные измерения с источником 2ШРЬ с данным типом детекторов доказали высокую эффективность дискриминации поверхностных событий (см. рис. 5). Измеренный фактор подавления таких событий составил 1/20000, что позволяет полностью избавиться от фоновых событий при поиске рассеяния WIMP-нуклон. Также с данными детекторами был произведен короткий набор данных для измерения сечения рассеяния WIMP-нуклон. Из-за возможности полного подавления фоновых событий было получено ограничение на спин-независимое сечение рассеяния WIMP-нуклон на уровне 7><10"7 пб (для WIMP с массой около 100 ГэВ), рисунок 5, что сопоставимо с результатом, полученным из анализа данных с NTD детекторов с большей статистикой.

Рис. 5. Слева показаны калибровочные измерения с источником 2,0РЬ с помощью INTERDIGIT детектора. Демонстрируется устранение фоновых событий после выделения внутреннего объема детектора. Справа представлено ограничение на спин-независимое сечение рассеяния WIMP-нуклон, полученное из измерений с детекторами этого типа.

Характеристики INTERDIGIT детекторов позволят при наборе данных на протяжении трех лет достичь чувствительности 5х10~9 пб, что находится в области возможного обнаружения WIMP и проверить некоторые предсказания SUSY.

В заключении сформулированы общие выводы и результаты исследований.

Основные результаты, полученные в диссертационной работе:

1. Были проведены первые измерения в эксперименте EDELWEISS-II. Полученное ограничение на сечение рассеяния WIMP-нуклон составило 5*10"7 пб, что в три раза лучше ограничения, полученного в эксперименте EDELWEISS-I и сравнимо с лучшими мировыми результатами.

2. Разработаны и протестированы детекторы нового типа с коплаиарными кольцевыми электродами, позволяющие проводить высокоэффективный отбор поверхностных событий. Впервые экспериментально продемонстрирована способность детекторов этого типа осуществлять поиск WIMP при уровне фона ~ 1 события в год на 100 кг вещества.

3. Был разработан и создан высокочувствительный детектор 222Rn. Данный детектор способен измерять низкие концентрации радона в атмосфере вплоть до нескольких мБк/м3 за день измерений. Была разработана методика измерений и разработано программное обеспечение для анализа данных. С помощью радонового детектора были произведены измерения уровня содержания радона внутри пассивной защиты EDELWEISS. С его помощью была оптимизирована анти-радоновая защита. В настоящее время набор данных ведется при контролируемом уровне 222Rn внутри пассивной защиты ниже 50 мБк/м3. Это привело к двукратному понижению уровня гамма фона в эксперименте.

4. Было проведено моделирование фоновых поверхностных событий, вызванных загрязнением детекторов дочерним продуктом распада радона 210РЬ, и 14С. В результате сравнения моделирования с калибровочными данными удалось определить функцию эффективности сбора заряда на поверхности детекторов. Было рассчитано к оличество фоновых событий, возникающих в детекторах в результате распада 2|0РЬ и ИС.

5. Впервые были идентифицированы фоновые события в эксперименте. Из данных по количеству альфа частиц был смоделирован весь спектр от 2,0РЬ. Это позволило показать, что фоновые события в EDELWEISS, в области поиска WIMP, вызваны распадом 210РЬ. На основании данной информации была доказана необходимость использования детекторов с возможностью дискриминации поверхностных событий.

Основные результаты исследований опубликованы в следующих работах:

1. А.В.Лубашевский и Е.А.Якушев от Коллаборации EDELWEISS, "Эксперимент EDELWEISS. Прямой поиск темной материи", Ядерная Физика, том 71, №7, с. 1-4 (2008).

2. S.Fiorucci, ... A.Lubashevskiy, ... et al., "Identification of backgrounds in the EDELWEISS-I dark matter search experiment" Astroparticle Physics, 28, I, 143-153,(2007).

3. A.Broniyatovsky, ... A.Lubashevskiy, ... et al., "Coplanar grid cryogenic germanium detectors for dark matter search: a powerful solution for background discrimination", Physics Letters В 681, 305-309, (2009).

4. P.Stefano,... A.Lubashevski,... et. al., "Status and outlook of the EDELWEISS experiment" Journal of Physics CS, 39, 70-74, (2006).

5. H.Kraus, ..., A.Lubashevsky, et al., "EURECA-the European Future of Dark Matter Searches with Cryogenic Detectors", Nuclear Physics В PS, 173, 168-171,(2007).

6. E.Yakushev, V.Brudanin, A.Lubashevskiy, L.Perevoshchikov, "Measurement of neutron background at underground laboratory Frejus", Book of Abstracts, Voronezh, Nucleus-2007, (2007).

7. А.В.Лубашевский и др., "Высокочувствительный детектор радона и исследование содержания 222Rn в эксперименте по поиску темной материи EDELWEISS-II", Тезисы докладов, ОМУС-2008 ОИЯИ, Дубна, Россия (2008).

8. А.В.Лубашевский и др., "Статус эксперимента EDELWEISS-H", Р13-2009-32, (2009).

9. H.Kraus, ..., A.Lubashevsky ... et al., "EURECA - The Future of Cryogenic Dark Matter Detection in Europe", EAS Publications Series, 36, 249-255 (2009).

10.А.В.Лубашевский и др., "Фон в эксперименте по поиску темной материи Edelweiss, вызванный дочерними продуктами распада 222Rn", Тезисы докладов, ОМУС-2006, ОИЯИ, Дубна, (2006).

Получено 17 февраля 2010 г.

Отпечатано методом прямого репродуцирования с оригинала, предоставленного автором.

Подписано в печать 18.02.2010. Формат 60 х 90/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 0,94. Уч.-изд. л. 1,24. Тираж 100 экз. Заказ № 56895.

Издательский отдел Объединенного института ядерных исследований 141980, г. Дубна, Московская обл., ул. Жолио-Кюри, 6. E-mail: publish@jinr.ru www.jinr.ru/publish/

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПОИСКА СЛАБОВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ МАССИВНЫХ ЧАСТИЦ.

1.1. Аргументы в пользу существования темной материи.

1.1.1 Исследование кинематики движения звезд в галактиках.

1.1.2. Исследование кластеров галактик.

1.1.3. Первичный нуклеосинтез и крупномасштабная структура Вселенной.

1.1.4. Стандартные свечи.

1.1.5. Измерение анизотропии реликтового изучения.

1.2. Кандидаты на роль темной материи.

1.2.1. Нейтрино.

1.2.2. Аксионы.

1.2.3. WIMP.

1.3. Ядерно-физические методы детектирования слабовзаимодействующих массивных частиц.

1.4. Эксперименты по прямому детектированию WIMP.

1.5. Анализ и выводы.

2. ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ПОИСКУ СЛАБОВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ МАССИВНЫХ ЧАСТИЦ EDELWEISS.

2.1. Эксперимент EDELWEISS-1.

2.2. Эксперимент EDELWEISS-II.

2.3. Криогенные германиевые болометры в эксперименте.

2.4. Защита от фоновых событий.

2.5. Получение экспериментальных данных.

2.5.1. Получение и интерпретация сигналов от детекторов.

2.5.2. Деградация и регенерация детекторов.

2.5.3. Энергетическая калибровка детекторов.

2.6. Выводы.

3. ИЗУЧЕНИЕ ФОНА ОТ 222RN И ЕГО ДОЧЕРНИХ ПРОДУКТОВ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ EDELWEISS.

3.1. Исследования фона от радона с помощью высокочувствительного радонового детектора.

3.2. Моделирование фона от распада 210Рв.

3.2.1. Создание генератора частиц 210РЬ.

3.2.2. Инструменты для моделирования прохождения частиц в веществе.

3.2.3. Моделирование результатов эксперимента EDELWEISS-1.

3.2.4. Исследование NTD детектора с помощью источника 210РЪ.

3.2.5. Построение геометрии эксперимента.

3.2.6. Получение параметров моделирования.

3.2.7. Получение функции эффективности сбора заряда.

3.2.8. Прохождение альфа частиц.

3.2.9. Сравнение экспериментальных и смоделированных данных.

3.2.10. Анализ месторасположения событий.

3.3. Другие источники поверхностных событий.

3.4. Выводы.

4. ПЕРВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА EDELWEISS-II.

4.1. Экспериментальный спектр и его анализ.

4.2. Результаты с NTD детекторами.

4.3. Сравнение эксперимента и модели.

4.4. Результаты с ID детекторами.

4.5. Выводы и перспективы.

Одним из наиболее важных вопросов в современной физике является проблема существования скрытой массы во Вселенной. Большое количество различных экспериментальных данных свидетельствует о наличии холодной небариоппой темной материи. Возможным объяснением данного факта является существование во Вселенной неизвестных слабовзаимодействующих массивных частиц (WIMP). Прямое наблюдение таких частиц в лаборатории является ключевым элементом для подтверждения их существования и понимания их свойств, и поэтому имеет первостепенную важность и для астрофизики, и для физики частиц. WIMPs можно обнаружить при их упругом рассеянии на ядрах вещества, в частности, по регистрации ядер отдачи, образующихся при таком рассеянии в германиевом детекторе. Так как WIMP взаимодействует с нуклонами слабым образом, то рассеяние WIMP на обычной материи является редким событием (менее десяти событий на килограмм материи в год). Этот факт, а также низкая энергия отдачи, являются основными трудностями для прямого детектирования WIMP. Один из возможных путей решения данной проблемы - проведение экспериментов с использованием новой генерации криогенных детекторов, сочетающих низкий энергетический порог, высокое инструментальное разрешение и мощную возможность выделения фоновых событий.

Данная экспериментальная техника используется во французско-немецко-роесийском эксперименте EDELWEISS. Регистрация ядер отдачи в эксперименте осуществляется с помощью криогенных германиевых болометров, способных одновременно регистрировать ионизационный и тепловой сигналы в области поиска WIMP. Сравнение двух сигналов обеспечивает возможность эффективного отбора редких искомых событий, в которых начальное рассеяние происходит на ядре, от тех фоновых событий, в которых рассеяние происходит на электронах (результат, производимый Р- или у- излучением). Это позволяет подавить доминирующий фон в 104 раз. До недавнего времени чувствительность этого метода была ограничена фоновыми событиями в поверхностном слое детекторов, для которых неполный сбор заряда имитирует сигнатуру WIMP. В EDELWEISS решение этой проблемы осуществляется с использованием позиционно чувствительных детекторов с копланарными кольцевыми электродами. Для снижения фона от космических лучей и естественной радиоактивности эксперимент расположен в подземной лаборатории LSM в туннеле Frejus на границе Франции и Италии. Общая высота скальной породы над лабораторией составляет 1700 м (4800 метров водного эквивалента), что существенным образом подавляет космогенную составляющую фона (поток мюонов на 6 порядков и поток нейтронов на 4 порядка). Для защиты от естественной радиоактивности в эксперименте используется как пассивная, так и активная системы защиты. Она окружает детекторы со всех сторон и состоит из 20 см свинца (частично сверхнизкофонового, археологического), 50 см полиэтилена и ц-вето системы. Одним из наиболее опасных источников фона в эксперименте является 222Rn. Представляя собой благородный радиоактивный газ, он может проникать внутрь защиты установки, что приводит к увеличению количества фоновых событий. Для контроля содержания радона внутри защиты был создан высокочувствительный детектор, позволяющий производить измерения на уровне десятков мБк/м3. С его помощью удалось произвести оптимизацию антирадонового барьера, существенно снизив содержание радона внутри установки.

Основной проблемой, связанной с радоном, является наличие в его цепочке распада долгоживущего изотопа 210РЬ, следовые количества которого на детекторах приводят к возникновению трудноустранимых поверхностных событий. Другим источником таких событий может являться углерод-14, бета-радиоактивный изотоп с граничной энергией в 156 кэВ, входящий в состав природных углеродных соединений. В отсутствии дискриминации поверхностных событий, этот вид фона будет главным фактором, снижающим чувствительность эксперимента. Поэтому задача по его детальному изучению является ключевой при проведении эксперимента. В частности, необходимо определить какие именно поверхности, и в каком количестве загрязнены 210РЬ и 14С, ожидаемый от них аппаратурный спектр, глубину проникновения частиц внутрь детектора. Для получения данной информации были проведены детальное моделирование и калибровки в условиях реального эксперимента. Это позволило показать, что загрязнение 210РЬ действительно является основным неустранимым источником фона в EDELWEISS. Для его подавления были разработаны позициоппо-чувствительные детекторы, параметры которых выбирались с учетом моделирования.

Реализация эксперимента EDELWEISS разделена на два основных этапа с постепенным увеличением чувствительности к измерениям WIMP. На первом этапе, EDELWEISS-I, были использованы три германиевых детектора с массой в 320 г, каждый. Удалось установить основные источники фона и разработать методы их подавления. В EDELWEISS-II используется 28 детекторов с общей массой около 10 кг. Интенсивные калибровочные измерения позволили определить параметры детекторов и оптимизировать их работу. В результате всего комплекса исследований нами было получено ограничение на сечение спин-независимого рассеяния WIMP-нуклон на мировом уровне.

Эксперименталыю было показано, что при использовании криогенных позиционно-чувствительных детекторов, можно полностью подавить фоновые события, что является потенциалом для достижения чувствительности к сечению рассеяния частиц темной материи в области возможного обнаружения WIMP, согласно некоторым теоретическим предсказаниям SUSY.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения.

Основные результаты исследований опубликованы в следующих работах:

1. А.В.Лубашевский и Е.А.Якушев от Коллаборации EDELWEISS, "Эксперимент EDELWEISS. Прямой поиск темной материи", Ядерная Физика, том 71, №7, с. 1-4 (2008).

2. A.Broniyatovsky, . A. Lubashcvskiy, . et al., "Coplanar grid cryogenic germanium detectors for dark matter search: a powerful solution for background discrimination", Physics Letters В 681, 305-309, (2009).

- 1203. S.Fiorucci, . A.Lubashevskiy, . et al., "Identification of backgrounds in the EDELWEISS-I dark matter search experiment" Astroparticle Physics, 28, 1, 143-153, (2007).

4. P.Stefano, . A.Lubashevski, . et. al., "Status and outlook of the EDELWEISS experiment" Journal of Physics CS, 39, 70-74, (2006).

5. H.Kraus, ., A.Lubashevsky, et al., "EURECA-the European Future of Dark Matter Searches with Cryogenic Detectors", Nuclear Physics В Proceedings Supplements, 173, 168-171, (2007).

6. А.В.Лубашевский и др., "Фон в эксперименте по поиску темной материи Edelweiss, вызванный дочерними продуктами распада 222Rn", Тезисы докладов, Десятая научная конференция молодых учёных и специалистов ОИЯИ, Объединение молодых ученых и специалистов ОИЯИ, Дубна, Россия, (2006).

7. E.Yakushev, V.Brudanin, A.Lubashevskiy, L.Perevoshchikov, "Measurement of neutron background at underground laboratory Frejus", Book of Abstracts, Voronezh, Nucleus-2007, (2007).

8. А.В.Лубашевский и др., "Высокочувствительный детектор радона и исследование содержания 222Rn в эксперименте по поиску темной материи EDELWEISS-И", Тезисы докладов, ОМУС-2008 ОИЯИ, Дубна, Россия (2008).

9. А.В.Лубашевский и др., "Статус эксперимента EDELWEISS-IP, Р13-2009-32, (2009).

10. И. Kraus, ., A. Lubashevsky . et al., "EURECA - The Future of Cryogenic Dark Matter Detection in Europe", EAS Publications Series, 36, 249-255 (2009).

В заключении считаю своим приятным долгом выразить глубокую благодарность своему научному руководителю кандидату физ.-мат. наук Е.А. Якушеву за руководство, постоянное внимание и неоценимую помощь при проведении исследований. Сердечно благодарю начальника моего сектора кандидата физ.-мат. наук В.М.Горожанкина за ценные советы и помощь при выполнении данной работы. Хотелось бы выразить благодарность начальнику отдела НЭОЯС и РХ доктору физ.-мат. наук В.Б.Бруданипу за поддержку при выполнении работы.

Я благодарен В.Г.Калинникову, Д.В.Философову, С.В.Розову, а так же многим сотрудникам отдела НЭОЯС и РХ. Особо хочу выразить благодарность руководству ЛЯП ОИЯИ за предоставленную возможность проведения исследований. Данная работа выполнена с помощью всех сотрудников коллаборации EDELWESS. В частности хотелось бы поблагодарить Жиля Жербье и Жуля Гаскона (Франция) за полезные дискуссии и поддержку в исследованиях.

Я также признателен своим родителям, жене, родственникам и друзьям за постоянную поддержку.

5. Заключение.

В результате проведенных исследований были решены следующие задачи:

1. Были проведены первые измерения в эксперименте EDELWEISS-II. Полученное п ограничение на сечение рассеяния WIMP-нуклон 5* 10" пб в три раза лучше ограничения, полученного в предыдущей фазе эксперимента.

2. Разработаны и протестированы детекторы нового типа с копланарными кольцевыми электродами, позволяющие проводить высокоэффективный отбор поверхностных событий. Экспериментально продемонстрировано способность детекторов этого типа осуществлять поиск WIMP при уровне фона ~ 1 события в год на 100 кг вещества.

222

3. Был разработан и создан высокочувствительный детектор Rn. Данный детектор способен измерять низкие концентрации радона в атмосфере вплоть до нескольких мБк/м3 за один день измерений Была разработана методика измерений и разработано программное обеспечение для анализа данных. С помощью радонового детектора были произведены измерения уровня содержания радона внутри защиты EDELWEISS. С его помощью была оптимизирована анти-радоновая защита. В настоящее время набор данных ведется при контролируемом уровне 222Rn внутри защиты ниже 50 мБк/м3. Это привело к двукратному понижению уровня гамма фона в эксперименте.

4. Было произведено моделирование фоновых поверхностных событий, вызванных загрязнением детекторов дочерним продуктом распада радона 210РЬ, и 14С. В результате сравнения моделирования с калибровочными данными удалось определить функцию эффективности сбора заряда па поверхности детекторов. Было рассчитано количество фоновых событий, возникающих в детекторах в результате распада 210РЬ и 14С.

5. Была произведена идентификация фоновых событий в эксперименте. Из данных по количеству альфа частиц был смоделирован весь спектр от 210РЬ. Это позволило показать, что фоновые события в EDELWEISS, в области поиска WIMP, вызваны распадом 2,0РЬ. На основании данной информации была доказана необходимость использования детекторов с возможностью дискриминации поверхностных событий.

1. Ahm09. Z.Ahmed et al., (CDMS Collaboration), "Search for Weakly Interacting Massive Particles with the First Five-Tower Data from the Cryogenic Dark Matter Search at the Soudan Underground Laboratory", Phys. Rev. Lett. 102:011301, (2009).

2. A1104. S.W.Allen et al., "Constraints on dark energy from Chandra observations of the largest relaxed galaxy clusters", Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 353, 457, (2004).

3. Aln05. G.J Alner et al., "Limits on WIMP cross-sections from the NAIAD experiment at the Boulby Underground Laboratory", arXiv:hep-ex/0504031vl, (2005)

4. Aln07. G.J.Alner et al., "First limits on WIMP nuclear recoil signals in ZEPLIN-II: a two phase xenon detector for dark matter detection", astro-ph/0701858v2, (2007).

5. Ang02J C.Angloher et al., "Limits on WIMP dark matter using sapphire cryogenic detectors" Astropart. Phys., 18, 43, (2002).

6. Ang07. J.Angle et al. (XENON Collaboration), "First Results from the XENONIO Dark Matter Experiment at the Gran Sasso National Laboratory", astro-ph/0706.0039v2, (2007).

7. Arn05. M.Arnaud, "X-ray observations of Clusters of Galaxies", astro-ph/0508'159vl, (2005).

8. Beg91. K.G.Begeman et al., "Extended rotation curves of spiral galaxies Dark haloes and modified dynamics", Royal Astronomical Society, Monthly Notices, 249, 523-537, (1991).

9. Beh08. E.Behnke et al., "Spin-Dependent WIMP Limits from a Bubble Chamber", Science, 319, 933,(2008).

10. BenOO. A.Benoit et al., "Event categories in the EDELWEISS WIMP search experiment", Physic Letters В 479, 8-14, (2000).

11. BenOl. A.Benoit et al., "First Results of the EDELWEISS WIMP Search using a 320 g Heat-and-Ionization Gc Detector", Phys. Lett. В 513, 15-22, (2001).

12. Ben02. A.Benoit et al., "Improved Exclusion Limits from the EDELWEISS WIMP Search", Phys. Lett. В 545, 43-49, (2002).

13. Ben05. A.Benoit et al., "Sensitivity of the EDELWEISS WIMP search to spin-dependent interactions", Phys. Lett. В 616, 25-30, (2005).

14. Ben07a. A.Benoit et al., "Measurement of the response of heat-and-ionization germanium detectors to nuclear recoils", Nucl. Instrum. Mcth. A577:558-568, (2007)

15. Ben07b. P.Benctti et al., "First results from a Dark Matter search with liquid Argon at 87 К in the Gran Sasso Underground Laboratory", astro-ph/0701286, (2007).

16. Ber98. L.Bcrgstrom et al., "Observability of Gamma Rays from Dark Matter Neutralino Annihilations in the Milky Way Halo", Astroparticle physics, 9:137, (1998).

17. BerOO. R.Bernabei et al. (DAMA Collaboration), "Search for WIMP annual modulation signature: Results from DAMA Nal -3 and DAMA Nal -4 and the global combined analysis", Phys. Lett. В 480, 23-31, (2000).

18. BerOl. L.Berge et al. (EDELWEISS Collaboration), "Background discrimination capabilities of a heat and ionization germanium cryogcnic detector", Astropart. Phys. 14, 329-337, (2001).

19. Ber02. R.Bernabei et al., "The liquid Xenon set-up of the DAMA experiment", Nucl. Instr. & Meth. A482, 728, (2002).

20. Ber06. R.Bernabei et al., "From DAMA/Nal to DAMA/LIBRA at LNGS", Eur. Phys. J. A27, 57-62, (2006).

21. Ber07. G.Bertone et al. "Particle Dark Matter: Evidence, Candidates and Constraints", hep-ph/0404175, (2007).

22. Ber08. R.Bernabei et al., "First results from DAMA/LIBRA and the combined results with DAMA/Nal", astro-ph/0804.2741vl, (2008).

23. Bog92. N.W.Boggess, ct al. "The СОВЕ mission Its design and performance two years after launch", Astrophysical Journal, Part 1, 397, 2, 420-429, (1992).

24. Bol07. W.J.Bolte et al., "Development of bubble chambers with enhanced stability and sensitivity to low-energy nuclear recoils", Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A 577, 569, (2007).

25. BorOl. A.Borriello and P. Salucci, "The dark matter distribution in disk galaxies", Mon. Not. R. Astron. Soc. 323, 285, (2001).

26. Bra99. M.Bravin et al., "The CRESST dark matter search", Astropart. Phys. 12, 107-114, (1999).

27. Bri94. D.I.Britton et al., "Measurement of the 7t+—>e+v branching ratio", D Phys. Rev. D 49, 28,(1994)

28. Bro06. A.Broniatowski et al. (EDELWEISS Collaboration), "Cryogenic germanium detectors for dark matter search: Surface events rejection by charge measurements", Nucl. Instrum. Meth. A559, 378-380, (2006).

29. Bro09. A.Broniatowski et al. (EDELWEISS Collaboration), "A new high-background-rejection dark matter Ge cryogenic detector", Physics Letters В 681, 305-309, (2009).

30. Car02. J.Carlstrom et al., Annu. Rev. Astron. Astrophys. 40, 643, (2002).

31. Cal88. D.O.Caldwell et al., "Laboratory Limits on Galactic Cold Dark Matter", Phys. Rev. Lett., 61, 510, (1988).

32. CebOl. S.Cebrian et al., "First results of the ROSEBUD dark matter experiment", Astroparticle Physics 15, 79-85, (2001).

33. Cen04. B.Censier et al., (EDELWEISS Collaboration), "Surface trapping and detector degradation in Ge bolometers for the EDELWEISS Dark Matter search: experiment and simulation", Nucl. Instrum. Meth. A520, 156-158, (2004).

34. ChaOO. M.P.Chapellier et al., "Physical interpretation of the Neganov-Luke and related effects", Physica В 284-288, 2135, (2000).

35. Cha02. K.-H.Chae et al., "Constraints on Cosmological Parameters from the Analysis of the Cosmic Lens All Sky Survey Radio-Selected Gravitational Lens Statistics", Phys.Rev.Lett. 89, 151301,(2002).

36. Che08. А.Д.Чернин. "Темная энергия и всемирное антитяготение", Успехи Физических Наук, 178,267, (2008).

37. СоЮЗ. M.Colless et al., "Cosmological results from the 2dF Galaxy Redshift Survey", astro-ph/0305051, (2003).

38. Dav96. D.Davis and R. W. Ill, "ROSAT Temperatures and Abundances for a Complete Sample of Elliptical Galaxies", Astroph. J. Lett. 470, 35, (1996).

39. Def08. X.Defayet al. (EDELWEISS Collaboration), "Cryogenic Ge Detectors for Dark Matter Search: Surface Event Rejection with Ionization Signals", Journal of Low Temperature Physics, 151, 3-4, 896-901, (2008).

40. Del<05. A.Dekel et al., "Lost and found dark matter in elliptical galaxies", Nature, 437, 707, (2005).

41. Dod94. S.Dodelson, L.M. Widrow, "Sterile Neutrinos as Dark Matter", hep-ph/9303287, (1994).

42. Dra02. O.Dragoun et.al., "Scattering of 7.3 keV conversion electron from a 57Co source covered gradually by gold absorbers of various thicknesses", NIM in Phys.Res. В 194, 112-122, (2002).

43. Dzh72. Б.С.Джелепов и др., "Бета процессы", Издательство Наука, Ленинград, (1972).

44. Еаа02. Encyclopedia of Astronomy and Astrophysics, Nature Publishing Group, (2002).

45. Eds97. J.Edsjo, "Aspects of Neutrino Detection of Neutralino Dark Matter", Ph. D Thesis, hep-ph/9704384, (1997).

46. Ele07. C.Eleftheriadis et al., "Results on axion physics from the CAST experiment at CERN", hep-ex/0706.0637vl, (2007).

47. Fai07. M.Fairbairn et al. "Searching for energetic cosmic axions in a laboratory experiment" testing the PVLAS anomaly" hep-ph/0706.0108vl, (2007).

48. Fal94. T.Falk et al., "Heavy Sneutrinos as Dark Matter", Phys. Lett. B339:248-251, (1994)

49. Fel03. H.Feldman, et al., "An Estimate of Dm without Conventional Priors", Astrophys. journal, 596, L131,(2003).

50. Fen03. J.L.Fenget al., "Superweakly Interacting Massive Particles", Phys Rev. Lett. 91, 011302, (2003).

51. Fio07. S.Fiorucci et al., "Identification of backgrounds in the EDELWEISS-I dark matter search experiment", Astropart. Phys. 28:143-153, (2007).

52. Flo69. D.Flothmann et al., "P-Spektroskopie mit Halbleiterdetektoren beim Zerfall von 32P, 49Sc, 204T1 und 210Bi", Zeitschrift fur Physik A Hadrons and Nuclei, 225, 2, (1969).

53. FreOl. W.L.Freedman et al., "Final results from Hubble space telescope key project to measure Hubble constant". Astrophys. Journal, 553:47, (2001).

54. Gam48. G.Gamow, R.A.Alpher and H.Bethe, "The Origin of Chemical Elements", Phys. Rev. 73,803804,(1948).

55. Gea08. Geant4 simulation toolkit, http:7/geant4.cern.ch/.

56. Gir98. M.Girardi et al., "Optical Mass Estimates of Galaxy Clusters", Astroph. J., 505, 74 (1998).

57. GirOO. M.Girardi et al., "Optical Luminosities and Mass—to—Light Ratios of Nearby Galaxy Clusters", Astroph. J„ 530, 62, (2000).

58. GreOl. L.Grego et al., "Galaxy Cluster Gas Mass Fractions from Sunyaev-Zcldovich Effect Measurements: Constraints on Qu \ Astroph. J. 552, 2, (2001).

59. Gon04. P.Gondolo, "Introduction to non-barionic dark matter", astro-ph/0403064, (2004).

60. Gor02. V.M.Gorozhankin, et al., "New features of the IC(4) code and comparison of internal conversion coefficient calculations", Applied Radiation and Isotopes, 56, 189-197, (2002).

61. Gne07. Y.Gnedin et al., "PVLAS Experiment: Some Astrophysical Consequences", astro-ph/0607294vl, (2007).

62. Hag02. K.Hagiwara et al, "Review of particle physics", Physical Review D, 66:10001, (2002).

63. Hlo04. М.Ю.Хлопов, "Основы космофизики", Едиториал УССС, (2004).

64. Hor07. O.M.Horn, "Simulations of the muon-induced neutron background of the EDELWEISS-II experiment for Dark Matter search", PhD Thesis, (2007).

65. Hub07. Hubble telescope website: http://hubblesite.Org/newscenter/archive/2000/07/image/c.1.g06. G. Ingrosso et al., "A new analysis of the MEGA Ml microlensing events", astro-ph/0610239v 1,(2006).

66. Jun96. G. Jungman et al., "Supersymmetric Dark Matter", Phys.Rept. 267, 195, (1996).

67. KeeOl. C.R. Keeton, "Cold Dark Matter and Strong Gravitational Lensing: Concord or Conflict", Astroph. J. 561, 46-60, (2001).

68. Kim08. S.K. Kim et al., "New Results from the KIMS Experiment", J. Phys.: Conf. Ser. 120 042021,(2008).

69. Kla97. Г.В. Клапдор-Клайнгротхауз, "Неускорительная физика элементарных частиц", Москва, редакция журнала "Успехи физических наук", (1997).

70. KlaOO. Г.В. Клапдор-Клайнгротхауз, "Астрофизика элементарных частиц", Москва, редакция журнала "Успехи физических наук", (2000).

71. Ко178. В.М. Колобашкин и др., "Бета-излучение продуктов деления: Справочник/", М.: Атомиздат, 472, (1978).

72. Kot81. P. Kotrappa et al., "Electret A New Tool for Measuring Concentrations of Radon and Thoron in Air", Health Phys. 41, 35-46, (1981).

73. Kra07. H. Kraus et al., "EURECA the European Future of Dark Matter Searches with Cryogenic Detectors", Nuclear Physics В (Proc. Suppl.) 173, 168-171, (2007).

74. Nac06. NavOO] [01199] [Ort32]0rt60. Per96] [Pea99]

75. A.B. Лубашевский и Е.А.Якушев от Коллаборации EDELWEISS, "Эксперимент EDELWEISS. Прямой поиск темной материи", Ядерная Физика, 71, 7, 1324-1327(2008).

76. A.В.Лубашевский и др., "Высокочувствительный детектор радона и исследование содержания 222Rn в эксперименте по поиску темной материи EDELWEISS-II", Тезисы докладов, ОМУС-2008, Дубна, Россия (2008).

77. B.Н. Лукаш, В.А. Рубаков. "Темная энергия: мифы и реальность", Успехи Физических Наук, 178, 301, (2008).

78. O.Martineau et al. (EDELWEISS Collaboration), "Calibration of the EDELWEISS Cryogenic Heat-and-ionisation Germanium Detectors for Dark Matter Search", NIM A530:426-439, (2004).

79. M.L. Mateo, "Dwarf Galaxies of the Local Group", ARA&A 36, 435-506, (1998). R.H. Mendez, et al. "Detection, Photometry, and Slitless Radial Velocities of 535 Planetary Nebulae in the Flattened Elliptical Galaxy NGC 4697", Astroph.J 563, 135-150, (2001).

80. R.P. Oiling and M.R. Merrifield, "Two measures of shape of the Milky Way's dark galo", astro-ph/9907353, (1999).

81. Oort, J.H., "The Force Exerted by the Stellar System in the Direction Perpendicular to the Galactic Plane and Some Related Problems", Bull. Astron. Inst. Neth., 6, 249, (1932).

82. Oort, J.H., "Note on the Determination of KZ and on the Mass Density Near the Sun", Bull. Astron. Inst. Neth., 15, 45, (1960).

83. M. Persic et al., "The Universal Rotation Curve of Spiral Galaxies: I. the Dark

84. Matter Connection", Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 281, 27, (1996).

85. J.A. Peacock, "Cosmological physics", Cambridge University Press, (1999).

86. Pea02. J.A. Peacock ct al., "Studying large-scale structure with the 2dF Galaxy Redshift Survey", astro-ph/0204239, (2002).

87. Pcn08. Penelope simulation code site: http://www.nea.fr/html/dbprog/pcncloperef.html.

88. Pec77. R. Peccei and H. Quinn, "CP Conservation in the Presence of Pscudoparticles", Phys. Rev. Lett. 38, 1440,(1977).

89. Rau06. W Rau et al., "Results and status of the CRESST experiment", J. Phys.: Conf. Ser., 39, 75-81,(2006).

90. Rei04. A.G. Reiss et al., "Type la Supernova Discoveries at z>l From the Hubble Space Telescope: Evidence for Past Deceleration and Constraints on Dark Energy Evolution", Astrophys.J.607:665-687, (2004).

91. Rom03. A.J. Romanowsky et al. "A Dearth of Dark Matter in Ordinary Elliptical Galaxies. Science", 301, 1696-1698, (2003).

92. Rub70. V.C. Rubin et al., "Rotation of the Andromeda Nebula from a Spectroscopic Survey of Emission Regions", Astrophysical Journal, 159, 379, (1970).

93. Rya08. В.А.Рябов и др., "Поиски частиц темной материи", Успехи физических наук, 178, 11,(2008)

94. San05. V. Sanglard et al. (EDELWEISS Collaboration)," Final results of the EDELWEISS-I dark matter search with cryogenic heat-and-ionization Ge detectors", Phys. Rev. D 71, 122002, (2005).

95. Sav05. C. Savage et al., "Can WIMP Spin Dependent Couplings explain DAMA data, in light of Null Results from Other Experiments?", astro-ph/0408346v3, (2005).

96. Sch05. S. Schonert et al., "The GERmanium Detector Array (GERDA) for the search of neutrinoless betabeta decays of 76Ge at LNGS,", Nucl. Phys. В (Proc. Suppl.), 145, 242, (2005).

97. Sco09. S.Scorza, "EDELWEISS-II, direct Dark Matter search experiment: first data analysis and results", PhD Thesis, (2009).

98. Sel97. U.Seljak et al., "Can Sterile Neutrinos Be the Dark Matter?", Phys. Rev. Lett. 97, 191303, (2006).

99. ShuOO. T.Shutt et al., "A solution to the dead-layer problem in ionization and phonon-bascd dark matter detectors", Nucl. Instrum. Meth. A444,340-344, (2000).

100. Sik07. P.Sikivie et al., "Resonantly Enhanced Axion-Photon Regeneration", Phys. Rev. Lett., 98:172002, (2007).

101. Ste06. P.Stefano, et al., "Status and outlook of the EDELWEISS experiment", Journal of Physics CS, 39, 70-74, (2006).лгг- j/

102. Str92. I.A.Strukov, ct al., "The RelilcH'experiment New results", Mon. Not. R. Astron. Soc. 258,37,(1992).

103. Smi90. P.F.Smith and J.D. Lewin, "Dark matter detection", Phys. Rept., 187, 203, (1990). Spe07] D.N.Spergel et al., "Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Three Year

104. Tak99. Y.Takeuchi et al., "Development of high sensitivity radon detectors", NIM in Phys.

105. Res. A 421, 334-341, (1999). Tin97. S.Ting, "Experimental results and future opportunities in particle physics", Phys. Rep. 279, 203,(1997).

106. Tis07. P.Tisserand et al., "Limits on the Macho Content of the Galactic Halo from the

107. EROS-2 Survey of the Magellanic Clouds", astro-ph/0607207v2, (2007). Toi96. R.B.Firestone, "Table of Isotopes, Eighth Edition", (1996).

108. TytOO. D.Tytler et al., "Review of Big Bang Nucleosynthesis and Primordial Abundances",

109. R. Swedish Acad. Sci. Physica Scripta T 85, 12 (2000). Wil78. F.Wilczek, "Problem of Strong P and T Invariance in the Presence of Instantons",

110. Phys. Rev. Letters, 40, 279, (1978). Wma08. WMAP website: http://map.gsfc.nasa.gov/

111. Yel02. S.Yellin, "Finding an upper limit in the presence of an unknown background",

112. Phys.Rev.D 66,032005(2002). Zav06. E.Zavattini et al., "Experimental Observation of Optical Rotation Generated in

113. Vacuum by a Magnetic Field", Phys. Rev. Lett. 96, 110406, (2006). Zwi33. F.Zwicky, "Die Rotverschicbung von extragalaktischen Nebeln", Helv. Phys. Acta 6, 110-127,(1933).