Kép jóváírása: Fermilab
Az észak-Minnesotai föld alatti megfigyelőközpontból származó első adatokkal a kriogén sötét anyagkeresés tudósai nagyobb érzékenységgel fordultak elő, mint valaha, a WIMPS feltételezett birodalmába. A gyengén interakcióban lévő hatalmas részecskék észlelése megoldaná a sötét anyag kettős misztériumát a kozmikus léptékben és a szuperszimmetria relatív szubatomi skálán.
A CDMS II eredménye, amelyet a Physical Review Letters elé terjesztett cikkben ismertetnek, 90 százalékos bizonyossággal mutatja, hogy a 60 GeV tömegű WIMP interakciójának kevesebbnek kell lennie, mint 4 x 10-43 cm2, vagy kb. germánium, az anyag a kísérlet detektorában. Ez az eredmény sokkal többet mond a kutatóknak, mint valaha is ismertek a WIMPS-ről, ha léteznek ilyenek. A CDMS II detektorokból származó mérések legalább négyszer érzékenyebbek, mint az EDELWEISS kísérlet, egy földalatti európai kísérlet, Grenoble közelében, Franciaország, korábbi legjobb méréseivel.
"Gondolj erre a javított érzékenységre, mint egy új, kétszer átmérőjű, és így négyszer nagyobb fényszóróval rendelkező távcső, mint ami előtte volt." - mondta Blas Cabrera, a CDMS II. Ügynök, a Stanfordi Egyetem. „Most már olyan jelet kereshetünk, amely csak egynegyede olyan fényes, mint ahogy korábban láttuk. Az elkövetkező néhány évben arra számítunk, hogy érzékenységünket legalább 20-szor javítja. ”
Az eredményeket az amerikai fizikai társaság május 3-án és 4-én Denverben tartott áprilisi ülésén mutatják be Harry Nelson és Joel Sanders végzős hallgató, mind a Kaliforniai Egyetem, a Santa Barbara, mind pedig Gensheng Wang és Sharmila Kamat a Western Western-ről. Tartalék Egyetem.
"Tudjuk, hogy sem a részecskefizika, sem a kozmoszmodellünk nem teljes," mondta a CDMS II szóvivője, Bernard Sadoulet a kaliforniai Berkeley Egyetemen. „Úgy tűnik, hogy ez a hiányzó darab mindkét rejtvényt illeti. Két különböző irányból látjuk ugyanazt az alakot. ”
A WIMP-k, amelyek nem számítanak fel díjat, ellentmondásos tanulmány. Míg a fizikusok elvárják, hogy a protonok tömege körülbelül százszorosa legyen, kísérteties természete lehetővé teszi számukra, hogy átjuthassanak a rendes anyagon, alig hagyva nyomot. A „gyenge kölcsönhatásban” kifejezés nem arra az energiamennyiségre utal, amikor a normál anyaggal kölcsönhatásba lépnek, hanem arra a tényre, hogy rendkívül ritkán kölcsönhatásba lépnek. Valójában akár száz milliárd WIMP is átfolyhatott a testén, amikor elolvassa ezeket az első néhány mondatot.
13 intézmény 48 tudósával, valamint további 28 mérnöki, műszaki és adminisztratív munkatárssal a CDMS II az Egyesült Államok Energiaügyi Tanszékének Tudományos Irodája, a Nemzeti Tudományos Alapítvány Csillagászati és Fizikai Osztályai, valamint a tagintézmények finanszírozásával működik. A DOE Fermi Nemzeti Gyorsító laboratóriuma biztosítja a CDMS II projektmenedzsmentjét.
"A sötét anyag jellege alapvető fontosságú az univerzum kialakulásának és fejlődésének megértésében" - mondta Dr. Raymond L. Orbach, a DOE Tudományos Irodájának igazgatója. "Ez a kísérlet nem sikerült volna a DOE Tudományos Iroda és a Nemzeti Tudományos Alapítvány aktív együttműködése nélkül."
Michael Turner, az NSF matematikai és fizikai tudományos igazgatóhelyettese a sötét anyag alkotórészének azonosítását az asztrofizika és a részecskefizika egyik legnagyobb kihívásaként ismertette.
"A sötét anyag az univerzum összes struktúráját tartalmazza - beleértve a saját Tejútunkat is -, és még mindig nem tudjuk, miből készül a sötét anyag" - mondta Turner. „A működési hipotézis az, hogy az anyag egy új formája, amely helyesen megvilágítja az alapvető erők és részecskék belső működését. Ennek a fontos rejtvénynek a megoldására törekedve, a CDMS most a csomag élén áll, egy újabb 20-as érzékenységi tényezővel még nem kell számolni. "
A sötét anyagot az univerzumban minden kozmikus lépték gravitációs hatása révén észleljük, a szerkezet növekedésétől a korai univerzumban a galaxisok stabilitásáig. Számos forrásból származó kozmológiai adatok megerősítik, hogy ez a láthatatlan sötét anyag több mint hétszerese annak a rendes látható anyagnak a mennyiségében, amely a csillagok, bolygók és más tárgyak alkotják az univerzumban.
"Valami ott alakította ki a galaxisokat, és ma ezeket tartja össze, és nem bocsát ki és nem absorbál fényt" - mondta Cabrera. "A csillagok tömege egy galaxisban csak a teljes galaxis tömegének 10 százaléka, tehát a csillagok olyanok, mint a karácsonyfák fényei, amelyek egy nagy sötét ház nappaliját díszítik."
A fizikusok azt is hiszik, hogy a WIMP-k lehetnek a még nem figyelt szubatómiai részecskék, amelyeket neutinóknak neveznek. Ezek bizonyítékot jelentenek a szuperszimmetria elméletére, bevezetve az érdekes új fizikát az alapvető részecskék és erők mai szokásos modelljén túl.
A szuperszimmetria azt jósolja, hogy minden ismert részecskének van szuperszimmetrikus partnere komplementer tulajdonságokkal, bár ezeknek a partnereknek a megfigyelését még nem figyelték meg. Számos szuperszimmetria modell szerint azonban a legkönnyebb szimmetrikus részecske, az úgynevezett neutralino, tömegének körülbelül százszorosa a protoné.
"A teoretikusok az ismert részecskék mindegyikének úgynevezett" szuperszimmetrikus partnerével "jöttek elő, hogy a legkisebb távolságmérőn megmagyarázzák a problémákat." - mondta Dan Akerib, a Case Western Reserve University munkatársa. "A nagyon nagy és a nagyon kicsi közötti lenyűgöző összeköttetésben ezek közül a legkönnyebb lehet a puzzle hiányzó darabja annak elmagyarázására, amit megfigyelünk a legnagyobb távolsági skálán."
A CDMS II csapata „föld alatti csillagászatot” gyakorol, és a részecskedetektorok csaknem fél mérföldnyire vannak a föld felszíne alatt egy korábbi vasbányában, Soudanban, Minnesotában. A földkéreg 2341 lábát elfedik a kozmikus sugarak és az általuk előállított háttér-részecskék. Az detektorok germánium és szilícium, hasonló tulajdonságokkal rendelkező félvezető kristályokból készülnek. Az érzékelőket az abszolút nulla fok tizedesére hűtik, olyan hideg, hogy a molekuláris mozgás elhanyagolhatóvá válik. Az érzékelők egyidejűleg mérik a kristályokban lévő részecske kölcsönhatások által generált töltést és rezgést. A WIMPS jelzi jelenlétét oly módon, hogy kevesebb töltést enged fel, mint más részecskék azonos mennyiségű rezgésért.
"Detektorunk úgy működik, mint egy olyan szűrővel felszerelt távcső, amely lehetővé teszi a csillagászok számára, hogy megkülönböztessék a fény egyik színét a másiktól" - mondta Dan Bauer, a CDMS II projektvezetője, a Fermilab. "Csak a mi esetünkben a hagyományos részecskéket próbáljuk kiszűrni a sötét anyag WIMPS javára."
Earl Peterson, a Minnesota Egyetem fizikusa felügyeli a Soudan földalatti laboratóriumot, amely szintén otthont ad a Fermilab hosszú kiindulási neutrino kísérletének, a fő injektor neutrino oszcillációs kutatásának.
"Nagyon izgatott vagyok a CDMS II új, jelentős eredménye miatt, és gratulálok az együttműködésnek" - mondta Peterson. „Örülök, hogy a Soudan laboratóriumi létesítményei hozzájárultak a CDMS II sikeréhez. És különösen örülök annak, hogy a Fermilab és a Minnesota Egyetem a Soudan laboratóriumának kibővítése révén kiváló új fizikát eredményezett. "
Ahogy a CDSMII az elkövetkező néhány évben WIMP-eket keres, világegyetemünk sötét anyagát felfedezzük, vagy a szuperszimmetrikus modellek széles skáláját kizárjuk a lehetőségektől. Akárhogy is, a CDMS II kísérlet nagy szerepet játszik a részecskefizika és a kozmosz megértésének előmozdításában.
A CDMS II együttműködő intézményei között szerepel a Brown Egyetem, a Case Western Reserve Egyetem, a Fermi Nemzeti Gyorsító laboratórium, a Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratórium, a Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézetek, a Princeton Egyetem, a Santa Clara Egyetem, a Stanford Egyetem, a Kaliforniai Berkeley Egyetem, a Kaliforniai Egyetem - Santa Barbara, a Denveri Colorado Egyetem, a Floridai Egyetem és a Minnesota Egyetem.
A Fermilab egy DOE Tudományos Iroda nemzeti laboratóriuma, amelyet az Universities Research Association, Inc. szerződés alapján működtet.
Eredeti forrás: Fermilab sajtóközlemény
