Record #1057031

DFG project G:(GEPRIS)561595909

FOR 6006: DELight: ein Experiment zur direkten Suche nach leichter dunkler Materie mit supraflüssigem Helium

Coordinator	Professorin Dr. Belina von Krosigk
Grant period	2026 -
Funding body	Deutsche Forschungsgemeinschaft
	DFG
Identifier	G:(GEPRIS)561595909

Note: Kosmologische und astrophysikalische Beobachtungen liefern klare Hinweise auf die Existenz einer neuen Art von Materie, der "Dunklen Materie" (DM), deren Natur noch völlig unbekannt ist. Zu den plausiblen DM-Teilchenkandidaten gehören schwach wechselwirkende massive Teilchen (WIMPs) mit Massen im GeV-TeV-Bereich. Experimente zum direkten Nachweis der Streuung von WIMPs an Atomkernen konnten die einfachsten WIMP-Modelle allerdings bereits ausschließen, was die Suche nach Modellen jenseits traditioneller WIMPs motiviert. Sehr vielversprechend sind Modelle Leichter Dunkler Materie (LDM) mit Massen im Sub-GeV-Bereich. Bisherige Experimente konnten den LDM-Parameterraum jedoch kaum einschränken. Die beantragte Forschungsgruppe (FG) wird das neue Experiment DELight planen, bauen und betreiben, und damit einen Meilenstein in der Suche nach DM-Kernstreuung erreichen: eine hohe Empfindlichkeit auf DM-Massen unterhalb von 100 MeV. Die FG besteht aus Mitgliedern der Universitäten Freiburg und Heidelberg und des Karlsruher Instituts für Technologie. DELight wird lokal betrieben werden, zunächst über, dann unter der Erde. Um beispiellos niedrige DM-Massen zu erreichen, wird DELight supraflüssiges Helium-4 einsetzen, das in noch keinem laufenden DM-Detektor verwendet wird. Helium verspricht einfache Skalierbarkeit, besitzt keine langlebigen Radioisotope, ist im supraflüssigen Zustand selbstreinigend, hat eine hohe Impedanz gegenüber externen Vibrationen und ermöglicht mit seinen Photon- und Quasiteilchen-Signalwegen eine Ereignisklassifizierung. Untergrundereignisse am Rand des Heliumvolumens durch Radioaktivität der umgebenden Materialien können durch sorgfältige Materialauswahl, Abschirmung und Einschränkung des Bezugsvolumens reduziert werden. Da He-4 bis zu tiefsten Temperaturen flüssig bleibt, können hochempfindliche kryogene Kalorimeter mit modernster Quantensensorik zur Energiemessung verwendet werden. DELight wird hierfür großflächige magnetische Mikrokalorimeter (MMCs) mit einer Betriebstemperatur von unter 20 mK und einer Energieschwelle von wenigen eV verwenden. Die Mitglieder der FG vereinen Expertise in den Bereichen Direkte DM-Suche, Physik der kondensierten Materie, ultratiefe Temperaturen und Quantensensoren und sind daher bestens geeignet um den DELight Detektor zu entwerfen und zu bauen, schon während der ersten Förderperiode Daten zu nehmen und diese zu analysieren. In dieser ersten Phase des Experiments können, mit einer erwarteten Energieschwelle von 20 eV und einer Datenmenge von 1 kg·d, Streuquerschnitte von <1e-39 cm^2 bei 200 MeV erreicht werden. Dies verbessert aktuelle Ausschlussgrenzen um drei Größenordnungen. Außerdem können erstmals LDM Massen deutlich unter 100 MeV experimentell untersucht werden. Die FG wird so einen großen Einfluss auf die internationale DM-Forschung haben, die lokale Forschung bereichern und die fruchtbare Zusammenarbeit sowie den wissenschaftlichen Austausch zwischen den drei Mitgliedsinstitutionen fördern.

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Record created 2026-05-03, last modified 2026-05-03

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