Abstract:

На примере аргона исследованы процессы, происходящие при торможении атомов благородных газов, испытавших отдачу при взаимодействии с частицами (нейтрино, нейтроны, гипотетические частицы темной 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 КэВ, не попадающих в диапазон ≲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 E_min≲ER≲E_max, где E_max=100⋅A КэВ, A – атомный вес. Для аргона E_min∼3 КэВ;

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

3) При ER≫Emax преобладает механизм Линдхарда;

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