暗物质探测器中气泡成核的分子动力学模拟
计算物理
2016-02-17 v1 统计力学
化学物理
仪器与探测器
摘要
用于剂量测定与暗物质粒子搜寻实验的气泡室与液滴探测器采用过热亚稳态液体，其中核反冲触发气泡成核。该过程由 F. Seitz 的经典热尖峰模型 [Phys. Fluids (1958-1988) 1, 2 (1958)] 描述，其利用经典成核理论估算气泡形成所需沉积能量的大小与位置。本文报道了热尖峰诱导气泡形成的直接分子动力学模拟。它们使我们得以检验经典热尖峰模型中描述的纳米尺度过程。我们进行了 40 次模拟，每次包含约 2000 万个原子，原子间通过截断力偏移 Lennard-Jones 势相互作用。我们发现气泡成核所需单位长度能量与理论预测相当吻合，但允许的尖峰长度与所需总能量约为预测值的两倍。这可由模拟中测得的快速能量扩散解释：与经典模型中的假设相反，我们观测到热扩散显著快于气泡形成时间尺度。最后我们考察了 {\alpha} 粒子径迹，其远长于中子与潜在暗物质粒子的径迹。经验上，最近发现 {\alpha} 事件产生的声学信号比中子事件更响。这一区分对于暗物质搜寻中的本底排除至关重要。我们表明沿 {\alpha} 径迹可形成大量独立气泡，这解释了观测到的更大声学振幅。
引用
@article{arxiv.1601.07390,
title = {Molecular dynamics simulations of bubble nucleation in dark matter detectors},
author = {Philipp Denzel and Jürg Diemand and Raymond Angélil},
journal= {arXiv preprint arXiv:1601.07390},
year = {2016}
}
备注
7 pages, 5 figures, accepted for publication in Phys. Rev. E, matches published version