Кредитна снимка: Fermilab
С първите данни от подземната си обсерватория в Северна Минесота учените от криогенното търсене на тъмна материя надникнаха с по-голяма чувствителност от всякога досега в предполагаемата сфера на WIMPS. Виждането на слабо взаимодействащи масивни частици би могло да разреши двойната мистерия на тъмната материя в космическия мащаб и на свръхсиметрията в субатомната скала.
Резултатът от CDMS II, описан в документ, представен в писма за физически преглед, показва с 90 процента сигурност, че степента на взаимодействие на WIMP с маса 60 GeV трябва да бъде по-малка от 4 x 10-43 cm2 или около едно взаимодействие на всеки 25 дни на килограм от германий, материалът в детектора на експеримента. Този резултат казва на изследователите повече, отколкото досега са знаели за WIMPS, ако съществуват. Измерванията от CDMS II детекторите са поне четири пъти по-чувствителни от най-доброто предишно измерване, предлагано от експеримента EDELWEISS, подземен европейски експеримент близо до Гренобъл, Франция.
„Помислете за подобрената чувствителност като за нов телескоп с два пъти по-голям диаметър и по този начин четири пъти по-голям от светлинния сбор от всеки, който е идвал преди него“, казва коспокерсънът на CDMS II Blas Cabrera от университета в Станфорд. „Вече можем да търсим сигнал, който е само една четвърт по-ярък от всеки, който сме виждали преди. През следващите няколко години очакваме да подобрим чувствителността си с фактор 20 или повече. “
Резултатите се представят на Априлската среща на Американското физическо общество на 3 и 4 май в Денвър от Хари Нелсън и аспирант Джоел Сандърс, двамата от Калифорнийския университет - Санта Барбара, и от Геншенг Уанг и Шармила Камат от Case Western Резервен университет.
„Знаем, че нито стандартният ни модел на физика на частиците, нито моделът ни на Космоса са пълни“, заяви говорителят на CDMS II Бернар Садулет от Калифорнийския университет в Бъркли. „Това конкретно липсващо парче сякаш отговаря на двата пъзела. Виждаме една и съща форма от две различни посоки. "
WIMP, които не носят такса, са изследване в противоречия. Докато физиците очакват те да имат около 100 пъти по-голяма маса от протоните, тяхната призрачна природа им позволява да се промъкнат през обикновената материя, оставяйки едва следа. Терминът „слабо взаимодействащ“ се отнася не до количеството на депозираната енергия, когато те взаимодействат с нормалната материя, а по-скоро до факта, че те си взаимодействат изключително рядко. Всъщност, колкото сто милиарда WIMP файлове може да са преминали през тялото ви, докато четете тези първи няколко изречения.
Със 48 учени от 13 институции, плюс още 28 инженерни, технически и административни служители, CDMS II оперира с финансиране от Службата за наука на Министерството на енергетиката на САЩ, от отделите по астрономия и физика на Националната научна фондация и от институциите членки. Националната ускорителна лаборатория на DOE осигурява управление на проекта за CDMS II.
"Природата на тъмната материя е основна за нашето разбиране за формирането и еволюцията на Вселената", казва д-р Реймънд Л. Орбах, директор на Службата за наука на DOE. „Този експеримент не би могъл да бъде успешен без активното сътрудничество на Министерството на науките на DOE и Националната научна фондация.“
Майкъл Търнър, помощник-директор по математика и физически науки в NSF, определи идентифицирането на съставката на тъмната материя като едно от големите предизвикателства както в астрофизиката, така и във физиката на частиците.
„Тъмната материя обединява всички структури във Вселената, включително нашия Млечен път - и ние все още не знаем от какво е изградена тъмната материя“, каза Търнър. „Работната хипотеза е, че това е нова форма на материята, която, ако е правилна, ще хвърли светлина върху вътрешната работа на елементарните сили и частици. В изпълнение на решението на този важен пъзел, CDMS вече е начело на пакета, с още един фактор от 20 чувствителност, който все още предстои. "
Тъмната материя във Вселената се открива чрез нейните гравитационни ефекти върху всички космически мащаби, от растежа на структурата в ранната Вселена до стабилността на галактиките днес. Космологичните данни от много източници потвърждават, че тази невиждана тъмна материя възлиза на повече от седем пъти повече от обикновената видима материя, образуваща звездите, планетите и други обекти във Вселената.
„Нещо там е формирало галактиките и ги държи заедно днес и то нито излъчва, нито поглъща светлина“, каза Кабрера. „Масата на звездите в една галактика е само 10 процента от масата на цялата галактика, така че звездите са като светлините на коледното дърво, украсяващи хола на голяма тъмна къща.“
Физиците смятат също, че WIMP могат да бъдат все още незабелязаните субатомни частици, наречени неутралино. Това биха били доказателства за теорията на свръхсиметрията, въвеждаща интригуваща нова физика извън днешния стандартен модел на фундаментални частици и сили.
Суперсиметрията прогнозира, че всяка известна частица има свръхсиметричен партньор с допълнителни свойства, въпреки че никой от тези партньори все още не е наблюдаван. Въпреки това, много модели на суперсиметрия предвиждат, че най-леката свръхсиметрична частица, наречена неутралино, има маса около 100 пъти по-голяма от тази на протона.
„Теоретиците измислиха всички тези т. Нар.„ Свръхсиметрични партньори “на известните частици, за да обяснят проблемите на най-малките разстояния на скалата“, казва Дан Акериб от университета Case Western Reserve. "В една от онези завладяващи връзки на много големи и много малки, най-лекият от тези суперпартъри може да бъде липсващото парче от пъзела за обяснение на това, което наблюдаваме при най-големите разстояния на скалата."
Екипът на CDMS II практикува „подземна астрономия“ с детектори за частици, разположени близо на половин миля под земната повърхност в бивша мина на желязо в Судан, Минесота. 2,341 фута от земната кора предпазват космическите лъчи и фоновите частици, които произвеждат. Детекторите са изработени от германий и силиций, полупроводникови кристали с подобни свойства. Детекторите са охладени до една десета от абсолютната нула, толкова студена, че движението на молекулата става незначително. Детекторите измерват едновременно заряда и вибрациите, произведени от взаимодействието на частиците в кристалите. WIMPS ще сигнализира за тяхното присъствие, като освобождава по-малко заряд от другите частици за същото количество вибрация.
„Нашите детектори действат като телескоп, оборудван с филтри, които позволяват на астрономите да различават един цвят светлина от друг“, казва ръководителят на проекта CDMS II Дан Бауер от Fermilab. "Само в нашия случай се опитваме да филтрираме конвенционалните частици в полза на WIMPS от тъмната материя."
Физикът Ърл Питърсън от Университета Минесота ръководи подземната лаборатория на Судан, която също е дом на дългосрочния неутрино експеримент на Фермилаб, Главното търсене на трептения в Neutrino на главния инжектор.
„Развълнуван съм от значителния нов резултат от CDMS II и поздравявам за сътрудничеството“, каза Питърсън. „Доволен съм, че съоръженията на лабораторията„ Судан “допринесоха за успеха на CDMS II. И съм особено доволен, че работата на Фермилаб и Университета в Минесота в разширяването на лабораторията на Судан доведе до превъзходна нова физика. "
Докато CDSMII търси WIMP през следващите няколко години, или тъмната материя на нашата Вселена ще бъде открита, или голям набор от суперсиметрични модели ще бъдат изключени от възможността. Така или иначе, експериментът CDMS II ще играе основна роля за подобряване на разбирането ни за физиката на частиците и за Космоса.
Сътрудничещите институции CDMS II включват Университет Браун, Case Western Reserve University, Национална лаборатория за ускоряване на Ферми, Национална лаборатория Лоурънс Беркли, Националните институти за стандарти и технологии, Университета в Принстън, Университета Санта Клара, Университета в Станфорд, Калифорнийския университет, Беркли Университета на Калифорния-Санта Барбара, Университета на Колорадо в Денвър, Университета на Флорида и Университета в Минесота.
Fermilab е национална лаборатория на Министерството на науките, оперирана по договор от University Research Research Association, Inc.
Оригинален източник: Новини на Фермилаб
