Simulation für die Suche nach dunkler Materie mit CRESST

Über 80% der gesamten im Universum vorhandenen Materie leuchtet nicht, die sogenannte dunkle Materie. Durch die Einführung eines neuen Teilchens, welches über die Gravitation hinaus höchstens schwach mit der bekannten Materie in Beziehung tritt, könnte die fehlende Materie erklärt werden. Die Vorhersagen für die Masse dieses Teilchens umspannt mehrere Größenordnungen. In letzter Zeit haben Modelle mit einem Massenbereich für dunkle Materie Teilchen zwischen wenigen MeV und einigen GeV großes Interesse erzeugt. Das CRESST-Experiment, dass momentan am Gran Sasso Labor in Italien betrieben wird, ist ein für die Suche nach der dunklen Materie optimiertes Experiment, dass nach Streuungen von dunkle Materie Teilchen mit herkömmlicher Materie sucht. Die Energie des Streuprozesses wird in Gitteranregungen des Detektorkristalls umgewandelt, den sogenannten Phononen, und anschließend mit einem Sensor an der Sprungtemperatur ausgelesen. Mit den bisher von CRESST gesammelten Daten konnte bisher kein Signal beobachtet worden, jedoch sind die Ausschlussgrenzen für dunkle Materie Kandidaten mit einer Masse von weniger als 2 GeV die besten unter den Experimenten zur direkten Suche nach dunkler Materie. Im ersten Förderzeitraum konnte die Nachweisschwelle für Kernrückstöße auf 30 eV gesenkt werden, eine Verbesserung von einer Größenordnung im Vergleich zu vorhergehenden CRESST Detektoren und eine der niedrigsten Schwelle aller Experimente. Bei Rückstoßenergien unterhalb von 200 eV steigt die Ereignisrate allerdings sprunghaft an und der Ursprung dieser Energiedepositionen ist noch nicht verstanden. Studien zur Identifizierung dieser Energiedepositionen sind zentraler Teil des Projekts. Diese Studien basieren einerseits auf detaillierten Simulationen als auch auf der Analyse von Experimentdaten. Neben der Entschlüsselung dieses unbekannten Untergrunds sollen, neben dem bisherigen Detektormaterial Calciumwolframat, weitere Detektormaterialien für die Kristalle, z.B. Saphir, zum Einsatz kommen. Diese Kristalle und deren Untergrundeigenschaften müssen ebenfalls simuliert werden. .