18.05.2021

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

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 $\gtrsim 100\div 200$ КэВ, не попадающих в диапазон $\lesssim 10$КэВ, 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 $E_{min}\lesssim E_R\lesssim E_{max}$, где $E_{max}=100\cdot A$ КэВ, A – атомный вес. Для аргона $E_{min}\sim 3$ КэВ;

2) При $E_R\sim E_{max}$ одинаково важны механизмы ПИ и Линдхарда (ударная ионизация происходящая одновременно с перезарядкой ионизированного атома отдачи);

3) При $E_R\gg E_{max}$ преобладает механизм Линдхарда;

4) При $E_R \lesssim E_{min}$ преобладает мигдаловский механизм ионизации и возбуждения атома отдачи, для вероятности которого приводятся более точные по сравнению с имеющимися в литературе данными.

Авторы работы: Л. И. Меньшиков^1,2, П. Л. Меньшиков^1,2, М. П. Файфман¹

1) Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

2) Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет

Презентация