C r y s t a l d e f e c t s a s L D M d e t e - PowerPoint PPT Presentation

C r y s t a l d e f e c t s a s L D M d e t e c t o r s R a n n y B u d n i k Y . Mo s b a c h e r , M. We i s s , N . P r i e l , H . L a n s ma n ( WI S ) A . K r e i s e l , I . E l i y a h u ( S N R C ) T . V o l a n s k y , O . C h e c h n o v s k i , O . S l o n e ( T A U ) D e p a r t me n t o f P a r t i c l e P h y s i c s a n d A s t r o p h y s i c s We i z ma n n I n s t i t u t e o f S c i e n c e

T h e C o l o r o f F a n c y S a p p h i r e D e v e l o p i n g a n o v e l l i g h t d a r k ma t t e r d e t e c t o r A l l a r e A l O > 9 9 . 9 9 % 2 3 C o l o r C e n t e r s ( L D M F e r mi l a b )

C o l o r C e n t e r s ● I t i s k n o w n f o r ma n y y e a r s t h a t r a d i a t i o n d a ma g e g i v e s c o l o r t o t r a n s p a r e n t w i n d o w s n e a r e . g . n u c l e a r p o w e r p l a n t s ● T h e r e a r e v a r i o u s me c h a n i s ms c a u s i n g t h i s e f f e c t , a n d t h e i n c i d e n t r a d i a t i o n c a n b e g a mma , n e u t r o n o r c h a r g e d p a r t i c l e s ● S i mi l a r t o t h e w e l l - s t u d i e d N V - c e n t e r , h o w e v e r w i t h a h u g e v a r i e t y C o l o r C e n t e r s ( L D M F e r mi l a b )

F - c e n t e r i n a n u t s h e l l ● E a c h t y p e o f d e f e c t h a s i t s o w n t y p i c a l a b s o r p t i o n a n d e mi s s i o n w a v e l e n g t h s ● B y t h i s me c h a n i s m a t r a n s p a r e n t me d i u m b e c o me s c o l o r e d ● E l a s t i c c o l l i s i o n ma y p r o d u c e d i s p l a c e me n t ( g a mma , e l e c t r o n , n e u t r o n a n d i o n s ) C o l o r C e n t e r s ( L D M F e r mi l a b )

K n o w n s t a t e s o f I o n i c c r y s t a l s F F - - c c e e n n t e e r r A v a c a n c y f i l l e d b y a n e l e c t r o n c a n e x h i b i t f l u o r e s c e n c e . C o l o r C e n t e r s ( L D M F e r mi l a b )

H o w c a n w e u s e i t ? A n a r r a y o f s i n g l e , p u r e c r y s t a l s c a n b e u s e d a s l i g h t - g u i d e s F l u o r e s c e n c e me a s u r e me n t c a n d e t e c t t h e c r e a t i o n o f a s i n g l e n e w d e f e c t i n a b u l k R e a l i s t i c e s t i ma t e s s h o w t h a t s u c h a s e t u p c a n b e a b l e t o d i s t i n g u i s h a 5 s i n g l e n e w s i t e i n 1 0 e x i s t i n g p e r r o d C o l o r C e n t e r s ( L D M F e r mi l a b )

P h y s i c s r e a c h Wi t h 1 k g · y r R B , O . C h e s h n o v s k y , O . S l o n e , T . V o l a n s k y 1 7 0 5 . 0 3 0 1 6 , P L B C o l o r C e n t e r s ( L D M F e r mi l a b )

Mo d u l a t i o n a n d d i r e c t i o n a l i t y ● H o u r l y c h a n g e o f o r i e n t a t i o n r e l a t i v e t o D M w i n d ● Mo d u l a t e d r a t e d i f f e r s f r o m s o l a r d i r e c t i o n ( 4 mi n / d a y ) , d a y / n i g h t , s e a s o n ● T h e s mo k i n g g u n o f G a l a c t i c o r i g i n R B , O . C h e s h n o v s k y , O . S l o n e , T . V o l a n s k y 1 7 0 5 . 0 3 0 1 6 , P L B C o l o r C e n t e r s ( L D M F e r mi l a b )

C o l o r C e n t e r s – w h y i s i t h a r d ? ● “ N e e d l e i n a h a y s t a c k ” : C r y s t a l s a n d d e f e c t s a r e t o o d i v e r s e f o r t h e o r e t i c a l p r e d i c t i o n – B a c k g r o u n d s a n d c o n t a mi n a n t s a t l e v e l s o f 1 0 a r e r e q u i r e d ! - 1 7 – ● C a l i b r a t i o n a n d s t u d i e s r e q u i r e O ( k e V ) n e u t r o n s ● A u x i l i a r y p r o b l e ms B l e a c h i n g – A n n e a l i n g – B a c k g r o u n d r e j e c t i o n – C o l o r C e n t e r s ( L D M F e r mi l a b )

G a me p l a n ● S c a n a l l p o s s i b l e c r y s t a l s a n d d e f e c t s ● F i n d t h e O N E ● ( o r t w o , o r mo r e ) ● C o n s t r u c t a d e d i c a t e d o p t i c a l s e t u p f o r t h e s t u d y o f t h e c h o s e n C C s ● P r o c e e d w i t h R & D t o w a r d s a f u l l d e t e c t o r ● ( a n d f i n d D M) C o l o r C e n t e r s ( L D M F e r mi l a b )

A n a d v a n c e d o p t i c a l s e t u p ● G o a l : S c a n a n d f i n d a l l s i g n a l s p r o d u c e d i n a ma c r o s c o p i c s a mp l e d o w n t o ~ 1 0 c m a c t i v e 4 - 3 d e f e c t s ● B r o a d b a n d l i g h t s o u r c e 2 0 0 n m – 8 0 0 n m ● H i g h e f f i c i e n c i e s , E M- C C D r e a d o u t ● H i g h r e p e a t a b i l i t y , c a l i b r a t i o n ● A l l o w s a d v a n c e d a n a l y s i s o f t h e a c q u i r e d d a t a C o l o r C e n t e r s ( L D M F e r mi l a b )

C a l i b r a t i n g a b s o l u t e s e n s i t i v i t y w i t h R a ma n • I n S a p p h i r e 2 mo d e s a r e a c t i v e i n R a ma n s c a t t e r i n g • T h e i n t e n s i t y o f t h e s c a t t e r i n g i s • T h e c r o s s s e c t i o n i s : • T h e a b s o l u t e a n d r e l a t i v e s e n s i t i v i t i e s a r e d i r e c t l y me a s u r e d o n t h e o p t i c a l s e t u p C o l o r C e n t e r s ( L D M F e r mi l a b )

2 5 2 6 0 F i r s t me a s u r e me n t s : C f a n d C o ● Me a s u r e me n t s o f γ a n d ( h i g h E ) n e u t r o n s ● D o w n t o 1 0 c m s e n s i t i v i t y @ ( 4 4 0 , 5 2 0 ) n m 4 - 3 ● A f i r s t c o mp r e h e n s i v e c o mp a r i s o n o f γ v s . Me V n e u t r o n s C C p r o d u c t i o n r a t e s ● A n a l y s i s p e r f o r me d t o i d e n t i f y c e n t e r s p r o d u c e d b y n e u t r o n s , γ a n d b o t h C o i r r a d i a t i o n s u s e d t o g e t t h e γ r e s p o n s e 6 0 ● C o l o r C e n t e r s ( L D M F e r mi l a b )

2 5 2 C f s e t u p γ F r o m P r i ma r y γ F r o m N e u t r o n s C o l o r C e n t e r s ( L D M F e r mi l a b )

Ma n y t a r g e t s a r e b e i n g t e s t e d C o l o r C e n t e r s ( L D M F e r mi l a b )

2 5 2 6 0 C f a n d C o r e s u l t s ● E a c h 2 D s c a n i s c h e c k e d f o r a l l e mi s s i o n s ● E x c e s s o f P o s t - P r e s e a r c h e d f o r a n d d e c o mp o s e d ● C o n t r i b u t i o n o n e a c h p e a k a s s i g n e d t o γ , n ● S t a t i s t i c a l s i g n i f i c a n c e f o u n d f o r e a c h p e a k o r i g i n C o l o r C e n t e r s ( L D M F e r mi l a b )

F i r s t me a s u r e me n t s o u t A : N e u t r o n s B : B o t h C : γ 1 9 0 2 . 1 0 6 6 8 C o l o r C e n t e r s ( L D M F e r mi l a b )