Production Yield of Muon-Induced Neutrons in Lead: Measured at the Modane Underground Laboratory

کار ارائه شده در این کتاب گام بزرگی به سوی درک و در نهایت سرکوب پس زمینه در جستجوی مستقیم ذرات ماده تاریک است که از آشکارسازهای ژرمانیوم پراکنده می شوند. اگرچه شار میون های کیهانی در آزمایشگاه های زیرزمینی به مراتب کاهش می یابد، میون های پرانرژی باقی مانده از طریق فرآیندهای مختلف نوترون ها را القا می کنند، نوترون هایی که به طور بالقوه می توانند سیگنال ماده تاریک را تقلید کنند. این پایان نامه اندازه گیری نوترون های ناشی از میون را در بیش از 3 سال در آزمایشگاه زیرزمینی Modane توصیف می کند. داده‌ها با مدل‌سازی کامل سیگنال نوترون با استفاده از بسته شبیه‌سازی GEANT4 تکمیل می‌شوند که مناسب بودن این ابزار برای مدل‌سازی این فرآیندهای نادر را نشان می‌دهد. در نتیجه، یک بازده تولید نوترون دقیق را می توان ارائه کرد. بنابراین، آزمایش‌های زیرزمینی آینده قادر خواهند بود نرخ مورد انتظار نوترون‌های ناشی از میون را به‌طور قابل اعتماد مدل‌سازی کنند، و این امکان را ایجاد می‌کند که مفهوم محافظ لازم برای سرکوب این مؤلفه پس‌زمینه ایجاد شود.

The work presented in this book is a major step towards understanding and eventually suppressing background in the direct search for dark matter particles scattering off germanium detectors. Although the flux of cosmic muons is reduced by many orders of magnitude in underground laboratories, the remaining energetic muons induce neutrons through various processes, neutrons that can potentially mimic a dark matter signal. This thesis describes the measurement of muon-induced neutrons over more than 3 years in the Modane underground laboratory. The data are complemented by a thorough modeling of the neutron signal using the GEANT4 simulation package, demonstrating the appropriateness of this tool to model these rare processes. As a result, a precise neutron production yield can be presented. Thus, future underground experiments will be able to reliably model the expected rate of muon-induced neutrons, making it possible to develop the necessary shielding concept to suppress this background component.