DARWIN und XLZD

Das DARWIN-Experiment (DARk matter WImp search with liquid xenon) befindet sich in der Planungsphase und wird die XENON-Technologie einer Spurendriftkammer (time projection chamber, TPC) mit ca. 50 Tonnen flüssigem Xenon weiterentwickeln.

Primäres Ziel von DARWIN wird die Suche nach Dunkler Materie, sogenannten WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), im noch unerforschten Parameterraum sein, bis die Suche durch den Neutrino-Untergrund begrenzt werden wird.

DARWIN wird die bereits erfolgreich in den XENON-Experimenten (XENON10, XENON100, XENON1T, XENONnT) eingesetzte Technologie von Xe-TPCs (time projection chambers) weiterentwickeln. Wie bei XENON werden promptes Szintillationslicht und Ladungssignale aus Teilchenwechselwirkungen über Photosensoren ausgelesen, die sich an der Ober- und Unterseite der TPC befinden. Das Design besteht aus einer TPC mit 40t aktivem Xenon. Die TPC hat einen Durchmesser von 2.6m und die gleiche Höhe von 2.6m.

Neben der exzellenten Sensitivität auf WIMPs wird der Detektor mit seiner großen Masse, der niedrigen Nachweisschwelle und den hochreinen Materialien (extrem niedrige Untergrundrate!) auch auf andere extrem seltene Wechselwirkungen sensitiv sein. So könnten potenziell solare Axionen, galaktische Axion-artige Teilchen (ALPs) und der neutrinolose doppelte Beta-Zerfall von Xe-136 nachgewiesen werden. Außerdem wird der Fluss niederenergetischer solarer Neutrinos mit einer Präzision im %-Bereich vermessen, kohärente Neutrino-Kern-Streuung beobachtet und Neutrinos aus galaktischen Supernova-Explosionen detektiert. DARWIN wird somit ein Observatorium für astrophysikalische Fragestellungen mit extrem seltenen Ereignisraten sein.

XLZD wird mit einer aktiven Xe-Masse von 60t noch größer sein. Dabei hat die TPC einen Durchmesser von 3m, der Kryostat ist so angelegt, dass Messungen in 3 Phasen durchgeführt werden können: in einer ersten Phase mit 40t, dann mit 60t Xe (Design-Wert mit einer Füllhöhe von 3m), und ggf. in einer späteren Ausbaustufe bis zu 80t Xe.