Attēla kredīts: Fermilab
Ar pirmajiem datiem, kas iegūti no pazemes observatorijas Minesotas ziemeļdaļā, Kriogēno tumšo vielu meklēšanas zinātnieki nekā jebkad agrāk ir jutušies par iespējamo WIMPS jomu. Vāji mijiedarbojošos masīvo daļiņu pamanīšana varētu atrisināt dubulto tumšās vielas noslēpumu kosmiskajā mērogā un supersimetrijas subatomijas mērogā.
CDMS II rezultāts, kas aprakstīts dokumentā, kurš iesniegts Physical Review Letters, ar 90 procentu pārliecību parāda, ka WIMP mijiedarbības ātrumam ar masu 60 GeV jābūt mazākam par 4 x 10-43 cm2 vai apmēram vienai mijiedarbībai ik pēc 25 dienām uz kilogramu. germānija, materiāla eksperimenta detektorā. Šis rezultāts stāsta pētniekiem vairāk nekā viņi jebkad agrāk ir zinājuši par WIMPS, ja tādi pastāv. CDMS II detektoru veiktie mērījumi ir vismaz četras reizes jutīgāki nekā labākie iepriekšējie mērījumi, ko piedāvā EDELWEISS eksperiments - pazemes Eiropas eksperiments netālu no Grenobles, Francijā.
"Iedomājieties šo uzlabotu jutīgumu kā jaunu teleskopu, kura diametrs ir divreiz lielāks un tādējādi četrreiz lielāks par gaismas kolekciju, kāds bija pirms tam," sacīja CDMS II kospokers Blass Kabrera no Stenfordas universitātes. “Tagad mēs varam meklēt signālu, kas ir tikai viena ceturtā daļa tik spilgts kā jebkurš iepriekš redzēts. Nākamajos pāris gados mēs sagaidām, ka uzlabosim savu jutīgumu ar koeficientu 20 vai vairāk. ”
Rezultātus iepazīstina Amerikas Fizikāņu biedrības aprīļa sanāksmē 3. un 4. maijā Denverā Harijs Nelsons un abiturients Džoels Sanderss, abi no Kalifornijas Universitātes, Santa Barbarā, kā arī Dženšens Vangs un Šarmila Kamati no Case Western. Rezerves universitāte.
"Mēs zinām, ka ne mūsu daļiņu fizikas standarta modelis, ne kosmosa modelis nav pilnīgs," sacīja CDMS II pārstāvis Bernards Sadoulets no Kalifornijas universitātes Bērklijā. “Šķiet, ka šis konkrētais trūkstošais gabals der abām mīklām. Mēs redzam vienu un to pašu formu no diviem dažādiem virzieniem. ”
WIMP, kam nav maksas, ir pretrunu pētījums. Kaut arī fiziķi sagaida, ka viņiem protonu masa būs aptuveni 100 reizes lielāka, viņu spokainais raksturs ļauj tiem izslīdēt pa parasto lietu, atstājot tikko pēdas. Termins “vāji mijiedarbojas” attiecas nevis uz enerģijas daudzumu, kas tiek nogulsnēts, mijiedarbojoties ar parasto matēriju, bet drīzāk uz to, ka tie mijiedarbojas ārkārtīgi reti. Patiesībā simts miljardi WIMP, iespējams, ir straumējuši caur jūsu ķermeni, lasot šos dažus pirmos teikumus.
CDMS II, kurā darbojas 48 zinātnieki no 13 institūcijām, kā arī vēl 28 inženiertehniskie, tehniskie un administratīvie darbinieki, darbojas ar ASV Enerģētikas departamenta Zinātniskā biroja, Nacionālā zinātnes fonda Astronomijas un fizikas nodaļu un no dalībiestāžu finansējumu. DOE Fermi Nacionālā paātrinātāja laboratorija nodrošina CDMS II projekta vadību.
"Tumšās matērijas būtība ir būtiska mūsu izpratnei par Visuma veidošanos un evolūciju," sacīja Dr. Raymond L. Orbach, DOE zinātniskā biroja direktors. "Šis eksperiments nebūtu izdevies bez aktīvas DOE zinātniskā biroja un Nacionālā zinātnes fonda sadarbības."
Maikls Tērners, NSF Matemātikas un fizisko zinātņu direktora palīgs, aprakstīja tumšās matērijas sastāvdaļas identificēšanu kā vienu no lielajiem izaicinājumiem gan astrofizikā, gan daļiņu fizikā.
"Tumšā matērija satur visas Visuma struktūras, ieskaitot mūsu Piena Ceļu, un mēs joprojām nezinām, no kā sastāv tumšā matērija," sacīja Tērners. Darba hipotēze ir tāda, ka tā ir jauna matērijas forma, kas pareizas gadījumā parādīs elementāru spēku un daļiņu iekšējo darbību. Meklējot risinājumu šai svarīgajai mīklai, CDMS tagad ir iepakojuma priekšgalā, un vēl ir 20 jutības koeficients. ”
Tumšā matērija Visumā tiek atklāta, pateicoties tās gravitācijas ietekmei uz visām kosmiskajām skalām, sākot ar struktūras pieaugumu agrīnajā Visumā un beidzot ar galaktiku stabilitāti mūsdienās. Daudzu avotu kosmoloģiskie dati apstiprina, ka šī neredzētā tumšā matērija vairāk nekā septiņas reizes pārsniedz parasto redzamo matēriju, kas veido zvaigznes, planētas un citus objektus Visumā.
"Kaut kas tur izveidoja galaktikas un mūsdienās tās tur kopā, un tas ne izstaro, ne absorbē gaismu," sacīja Kabrera. "Zvaigžņu masa galaktikā ir tikai 10 procenti no visas galaktikas masas, tāpēc zvaigznes ir kā Ziemassvētku eglīšu gaismas, kas rotā lielas tumšas mājas viesistabu."
Arī fiziķi uzskata, ka WIMPs varētu būt vēl nepamanītas subatomiskās daļiņas, ko sauc par neutralinos. Tas būtu pierādījums supersimetrijas teorijai, ieviešot intriģējošu jauno fiziku ārpus šodienas pamatmodeļu un spēku standarta modeļa.
Supersimetrija paredz, ka visām zināmajām daļiņām ir supersimetrisks partneris ar komplementārām īpašībām, kaut arī neviens no šiem partneriem vēl nav novērots. Tomēr daudzos supersimetrijas modeļos tiek prognozēts, ka vieglākajai supersimetriskajai daļiņai, ko sauc par neutralino, ir aptuveni 100 reizes lielāka par protonu.
“Teorētiķi nāca klajā ar visiem šiem zināmajiem daļiņu tā saucamajiem“ supersimetriskajiem partneriem ”, lai izskaidrotu problēmas vismazākajos attāluma mērogos,” sacīja Dan Akerib no Case Western Reserve University. "Vienā no šiem aizraujošajiem ļoti lielo un ļoti mazo savienojumiem vieglākais no šiem pāriem varētu būt iztrūkstošais mīkla gabaliņš, lai izskaidrotu to, ko mēs novērojam vislielākajos attāluma mērogos."
CDMS II komanda praktizē “pazemes astronomiju” ar daļiņu detektoriem, kas atrodas gandrīz pusjūdzi zem zemes virsmas bijušajā dzelzs raktuvē Soudanā, Minesotā. Zemes garozas 2341 pēdas aizsedz kosmiskos starus un to radītās fona daļiņas. Detektori ir izgatavoti no germānija un silīcija, pusvadītāju kristāliem ar līdzīgām īpašībām. Detektorus atdzesē līdz vienai desmitdaļai no absolūtās nulles pakāpes, tik auksti, ka molekulārā kustība kļūst niecīga. Detektori vienlaikus mēra lādiņu un vibrāciju, ko rada daļiņu mijiedarbība kristālos. WIMPS signalizēs par to klātbūtni, atbrīvojot mazāk lādiņa nekā citas daļiņas par tādu pašu vibrāciju.
"Mūsu detektori darbojas kā teleskops, kas aprīkots ar filtriem, kas ļauj astronomiem atšķirt vienu gaismas krāsu no citas," sacīja CDMS II projekta vadītājs Dan Bauer no Fermilab. "Tikai šajā gadījumā mēs cenšamies izfiltrēt parastās daļiņas par labu tumšās vielas WIMPS."
Fiziķis Earls Pētersons no Minesotas universitātes pārrauga Soudan metro laboratoriju, kas arī ir mājvieta Fermilab ilgajam neitrīno eksperimentam sākotnējā stāvoklī - galvenā inžektora neitrino svārstību meklēšana.
“Esmu sajūsmā par nozīmīgo jauno CDMS II rezultātu un apsveicu sadarbību,” sacīja Pētersons. “Esmu gandarīts, ka Soudan laboratorijas telpas sekmēja CDMS II panākumus. Un es īpaši priecājos, ka Fermilab un Minesotas Universitātes darbs, paplašinot Soudan laboratoriju, ir devis lielisku jaunu fiziku. ”
Tā kā CDSMII tuvāko gadu laikā meklēs WIMP, tiks atklāta vai nu mūsu Visuma tumšā matērija, vai arī liela daļa supersimetrisku modeļu tiks izslēgti. Jebkurā gadījumā CDMS II eksperimentam būs liela nozīme, lai uzlabotu mūsu izpratni par daļiņu fiziku un kosmosu.
CDMS II sadarbības iestādēs ietilpst Brauna universitāte, Case Western Reserve University, Fermi Nacionālā paātrinātāja laboratorija, Lawrence Berkeley Nacionālā laboratorija, Nacionālie standartu un tehnoloģiju institūti, Princeton University, Santa Clara University, Stanford University, California University of Berkeley, the Kalifornijas Universitāte, Santa Barbara, Kolorado Universitāte Denverā, Floridas Universitāte un Minesotas Universitāte.
Fermilab ir DOE zinātniskā biroja nacionālā laboratorija, kuru saskaņā ar līgumu noslēdz Universities Research Association, Inc.
Oriģinālais avots: Fermilab ziņu izlaidums
