Publication: Analysis of the first underground run and background studies of the Argon Dark Matter experiment
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Publication Date
2017-07-28
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Universidad Complutense de Madrid
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Abstract
Dark Matter is a collisionless and non-luminous kind of matter, whose existence is inferred through its gravitational effects at the galactic, cluster and large scales in the Universe. From the analysis of the PLANCK latest data, Dark Matter accounts for the 26.6% of the composition of the energy density of the Universe, while ordinary matter only represents 4.9% [1]. Revealing the nature of Dark Matter has become one of the most challenging problems in modern physics. A possible explanation comes from particle physics in the form of Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs) , a particularly interesting class of new particle that can naturally account for the measured abundance of Dark Matter. WIMPs would be produced thermally in the early Universe and, since they interact only weakly, their annihilation rate would become insignificant as the Universe expands, thus freezing out with a relic abundance. Supersymmetry, an extension of the Standard Model of particle physics, foresees interesting possible WIMP candidates in the form of the Lightest Supersymmetric Particle ( LSP) , which is neutral, stable and massive. A great experimental effort has been undertaken in the last years to detect Dark Matter in underground and space-based detectors or produce it in accelerators. This Thesis is focused on the analysis of the first underground run and background studies of the Argon Dark Matter (ArDM) experiment, which aims to detect WIMPs via the nuclear recoils produced by their elastic scattering off argon nuclei. The detector is a ton-scale double-phase (liquid-gas) TPC, which is currently installed at the Canfranc Underground Laboratory ( LSC) under the Pyrenees in Spain and it is the first ton-scale argon detector for Dark Matter to take data underground...
La Materia Oscura es un tipo ele materia no luminosa y sin colisiones cuya existencia es inferida a través de sus efectos gravitacionales en la escala galáctica, de cúmulos de galaxias y a grandes escalas en el Universo. De acuerdo con el análisis de los datos más recientes de PLANCK, la Materia Oscura da cuenta del 26,6% de la composición de la densidad de energía del Universo, mientras que la materia ordinaria sólo representa un 4,9% [1]. Revelar la naturaleza de la Materia Oscura se ha convertido en uno de los problemas más desafiantes de la física moderna. Una posible explicación proviene de la física de partículas en la forma de Partículas Masivas Débilmente Interactuantes (WIMPs), una nueva clase de partícula especialmente interesante que puede dar cuenta de forma natural de la abundancia medida de Materia Oscura. Los WIMPs se producirían térmicamente en el Universo primitivo y, puesto que sólo interaccionan débilmente, su tasa de aniquilación se convertiría en insignificante conforme el Universo se expande, permaneciendo así con una abundancia determinada. Supersimetría, una extensión del Modelo Estándar de partículas, proporciona candidatos a WIMPs en forma de la Partícula Supersimétrica Más Ligera (LSP), que es neutra, estable y masiva. Un gran esfuerzo experimental ha sido realizado en los últimos años para detectar Materia Oscura con detectores subterráneos o espaciales o para producirla en aceleradores. Esta Tesis está centrada en el análisis de la primera toma de datos subterránea y estudios de fondo del experimento Argon Dark Matter (ArDM), cuyo objetivo es detectar WIMPs a través de los retrocesos nucleares producidos por su dispersión elástica por núcleos de argón. El detector, actualmente instalado en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc (LSC) bajo los Pirineos en España, es una TPC de doble fase (líquido-gas) de una tonelada y es el primer detector de Materia Oscura basado en argón de la escala de la tonelada en tomar elatos en un laboratorio subterráneo...
La Materia Oscura es un tipo ele materia no luminosa y sin colisiones cuya existencia es inferida a través de sus efectos gravitacionales en la escala galáctica, de cúmulos de galaxias y a grandes escalas en el Universo. De acuerdo con el análisis de los datos más recientes de PLANCK, la Materia Oscura da cuenta del 26,6% de la composición de la densidad de energía del Universo, mientras que la materia ordinaria sólo representa un 4,9% [1]. Revelar la naturaleza de la Materia Oscura se ha convertido en uno de los problemas más desafiantes de la física moderna. Una posible explicación proviene de la física de partículas en la forma de Partículas Masivas Débilmente Interactuantes (WIMPs), una nueva clase de partícula especialmente interesante que puede dar cuenta de forma natural de la abundancia medida de Materia Oscura. Los WIMPs se producirían térmicamente en el Universo primitivo y, puesto que sólo interaccionan débilmente, su tasa de aniquilación se convertiría en insignificante conforme el Universo se expande, permaneciendo así con una abundancia determinada. Supersimetría, una extensión del Modelo Estándar de partículas, proporciona candidatos a WIMPs en forma de la Partícula Supersimétrica Más Ligera (LSP), que es neutra, estable y masiva. Un gran esfuerzo experimental ha sido realizado en los últimos años para detectar Materia Oscura con detectores subterráneos o espaciales o para producirla en aceleradores. Esta Tesis está centrada en el análisis de la primera toma de datos subterránea y estudios de fondo del experimento Argon Dark Matter (ArDM), cuyo objetivo es detectar WIMPs a través de los retrocesos nucleares producidos por su dispersión elástica por núcleos de argón. El detector, actualmente instalado en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc (LSC) bajo los Pirineos en España, es una TPC de doble fase (líquido-gas) de una tonelada y es el primer detector de Materia Oscura basado en argón de la escala de la tonelada en tomar elatos en un laboratorio subterráneo...
Description
Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Ciencias Físicas, Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear, leída el 03/06/2016