Л. И. Меньшиков "Паулиевская ионизация атомов отдачи в веществе"

Tuesday 18 May 2021, 15:00 → 17:00 Europe/Moscow

   Л. И. Меньшиков1,2), П. Л. Меньшиков1,2), М. П. Файфман1)

1) Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

2) Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)

На примере аргона исследованы процессы, происходящие при торможении атомов благородных газов, испытавших отдачу при взаимодействии с частицами (нейтрино, нейтроны, гипотетические частицы тёмной материи WIMP, …). Показано, что при энергиях отдачи ER, превышающих несколько КэВ, по механизму паулиевской ионизации (ПИ) на внутренних L-оболочках этих атомов с вероятностью порядка единицы образуются вакансии. В результате в как жидком, так и газообразном рабочем веществе детекторов частиц при одном акте взаимодействия появляется порядка двадцати свободных электронов, что свидетельствует  в пользу высокой чувствительности проектируемых аргоновых детекторов. Для ксеноновых детекторов паулиевская ионизация возникает при энергиях отдачи ≳100÷200≳100÷200 КэВ, не попадающих в диапазон ≲10≲10КэВ, который, согласно имеющимся в литературе предположениям, представляет основной интерес для обнаружения WIMP.

Справедливы следующие утверждения:

1) ПИ играет основную роль в потере энергии атомом отдачи и ионизации среды при энергиях отдачи Emin≲ER≲EmaxEmin≲ER≲Emax, где Emax=100⋅AEmax=100⋅A КэВ, A – атомный вес. Для аргона Emin∼3Emin∼3 КэВ;

2) При ER∼EmaxER∼Emax одинаково важны механизмы ПИ и Линдхарда (ударная ионизация происходящая одновременно с перезарядкой ионизированного атома отдачи);

3) При ER≫EmaxER≫Emax преобладает механизм Линдхарда;

4) При ER≲EminER≲Emin преобладает мигдаловский механизм ионизации и возбуждения атома отдачи, для вероятности которого приводятся более точные по сравнению с имеющимися в литературе данными.