Vaizdo kreditas: „Fermilab“
Turėdami pirmuosius duomenis iš požeminės observatorijos Šiaurės Minesotoje, kriogeninės tamsiosios medžiagos paieškos mokslininkai, nei bet kada anksčiau, žvalgydavosi į įtariamą WIMPS sritį. Pastebėjus silpnai sąveikaujančias masyvias daleles, būtų galima išspręsti dvigubą tamsiosios medžiagos paslaptį kosminiu mastu ir supersimetrijos subatominėje skalėje.
CDMS II rezultatas, aprašytas „Physical Review Letters“ pateiktame dokumente, 90 procentų tikrumu rodo, kad WIMP ir masės 60 GeV sąveikos sparta turi būti mažesnė kaip 4 x 10–43 cm2 arba maždaug viena sąveika kas 25 dienas vienam kilogramui. germanio, medžiagos eksperimento detektoriuje. Šis rezultatas tyrėjams praneša daugiau, nei jie kada nors anksčiau žinojo apie WIMPS, jei jie yra. CDMS II detektorių matavimai yra bent keturis kartus jautresni nei geriausias ankstesnis matavimas, kurį pasiūlė EDELWEISS eksperimentas - požeminis Europos eksperimentas netoli Grenoblio, Prancūzijoje.
„Pagalvokite apie šį pagerėjusį jautrumą, kaip naujas teleskopas, kurio skersmuo dvigubai didesnis, taigi, keturis kartus didesnis nei bet kurio, kas buvo prieš jį, šviesos rinkinys“, - sakė CDMS II kospo atstovas Blas Cabrera iš Stanfordo universiteto. „Dabar galime ieškoti signalo, kuris yra vos ketvirtadaliu šviesesnis nei bet kuris kitas, kurį matėme anksčiau. Per ateinančius kelerius metus mes tikimės pagerinti savo jautrumą 20 ar daugiau kartų. “
Rezultatus pristato balandžio 3 d. Ir 4 d. Vykusiame Amerikos fizikų draugijos susirinkime Denveryje. Harry Nelsonas ir Kalifornijos universiteto Santa Barbaros universiteto studentas Joelis Sandersas bei Case Western atstovai Gensheng Wang ir Sharmila Kamat Rezervo universitetas.
„Mes žinome, kad nei standartinis dalelių fizikos modelis, nei kosmoso modelis nėra išsamūs“, - sakė CDMS II atstovas spaudai Bernardas Sadouletas iš Kalifornijos universiteto Berkelyje. „Atrodo, kad šis trūkstamas kūrinys tinka abiem galvosūkiams. Mes matome tą pačią formą iš dviejų skirtingų krypčių. “
WIMP, kurie nėra apmokestinami, yra prieštaravimų tyrimas. Nors fizikai tikisi, kad jų protonų masė bus maždaug 100 kartų didesnė, jų vaiduokliškas pobūdis leidžia jiems praslysti pro įprastą materiją, palikdamas vos pėdsaką. Terminas „silpnai sąveikaujantis“ reiškia ne energijos sukaupimą, kai jos sąveikauja su normalia materija, bet greičiau tai, kad jos sąveikauja labai retai. Tiesą sakant, šimtas milijardų WIMP gali būti srautas per jūsų kūną, kai skaitote šiuos pirmuosius kelis sakinius.
CDMS II, kuriame dirba 48 mokslininkai iš 13 institucijų, taip pat dar 28 inžinerijos, technikos ir administracijos darbuotojai, finansuojama iš JAV Energetikos departamento Mokslo tarnybos, Nacionalinio mokslo fondo astronomijos ir fizikos skyrių bei institucijų narių. DOE Fermi nacionalinė greitintuvo laboratorija teikia CDMS II projekto valdymą.
„Tamsiosios materijos prigimtis yra esminė mūsų supratimui apie visatos formavimąsi ir evoliuciją“, - teigė DOE mokslo biuro direktorius dr. Raymond L. Orbach. „Šis eksperimentas negalėjo būti sėkmingas be aktyvaus DOE mokslo biuro ir Nacionalinio mokslo fondo bendradarbiavimo“.
Maiklas Turneris, NSF Matematikos ir fizinių mokslų direktoriaus pavaduotojas, apibūdino tamsiosios medžiagos sudedamąją dalį kaip vieną didžiausių iššūkių tiek astrofizikoje, tiek dalelių fizikoje.
„Tamsiosios materijos turi visos struktūros Visatoje, įskaitant mūsų pačių Paukščių kelią, ir mes vis dar nežinome, iš ko sudaryta tamsioji materija“, - teigė Turneris. „Darbinė hipotezė yra tai, kad tai yra nauja materijos forma, kuri, jei bus teisinga, parinks vidinių elementinių jėgų ir dalelių veikimą. Siekdamas išspręsti šią svarbią dėlionę, CDMS dabar yra pakuotės galva, o dar 20 jautrumo koeficiento dar nėra. “
Tamsioji materija Visatoje aptinkama dėl jos gravitacinio poveikio visoms kosminėms skalėms, pradedant ankstyvosios Visatos struktūros augimu ir baigiant galaktikų stabilumu šiandien. Iš daugelio šaltinių gauti kosmologiniai duomenys patvirtina, kad ši nematyta tamsiosios medžiagos suma yra daugiau nei septynis kartus didesnė už įprastos matomosios medžiagos, sudarančios žvaigždes, planetas ir kitus objektus Visatoje, kiekį.
„Kažkas ten suformavo galaktikas ir jas laiko šiandien kartu. Jis nei skleidžia, nei sugeria šviesą“, - sakė Cabrera. „Žvaigždžių masė galaktikoje sudaro tik 10 procentų visos galaktikos masės, todėl žvaigždės yra tarsi eglutės žiburiai, puošiantys didelio tamsaus namo kambarį“.
Fizikai taip pat mano, kad WIMP gali būti dar nepastebėtos subatominės dalelės, vadinamos neutralinais. Tai būtų įrodymas supersimetrijos teorijai, pristatančiai intriguojančią naują fiziką, neapsiribojant šiandienos standartiniu pagrindinių dalelių ir jėgų modeliu.
Supersimetrija prognozuoja, kad kiekviena žinoma dalelė turi supersimetrinį partnerį, turintį komplementarių savybių, nors dar nė vienas iš šių partnerių nebuvo pastebėtas. Tačiau daugelis supersimetrijos modelių numato, kad lengviausia supersimetrinė dalelė, vadinama neutralino, turi maždaug 100 kartų didesnę nei protonas masę.
„Teoretikai sugalvojo visus šiuos vadinamuosius žinomų dalelių supersimetrinius partnerius, kad paaiškintų mažiausių atstumų skalių problemas“, - teigė Danas Akeribas iš Case Western Reserve universiteto. „Viename iš patrauklių labai didelių ir mažų jungčių lengviausias iš šių superparterių gali būti trūkstamas dėlionės fragmentas, paaiškinantis tai, ką mes stebime pačiomis didžiausiomis atstumo skalėmis.“
CDMS II komanda praktikuoja „požeminę astronomiją“ su dalelių detektoriais, esančiais beveik pusės mylios atstumu nuo žemės paviršiaus buvusioje geležies kasykloje Soudane, Minesotoje. 2341 pėdų žemės pluta apsaugo kosminius spindulius ir jų sukeliamas fono daleles. Detektoriai yra pagaminti iš germanio ir silicio, puslaidininkių kristalų, turinčių panašių savybių. Detektoriai atšaldomi iki vienos dešimtosios dalies absoliutaus nulio laipsnio, taip šalta, kad molekulinis judėjimas tampa nereikšmingas. Detektoriai tuo pačiu metu matuoja krūvį ir vibraciją, kurią sukelia kristalų dalelių sąveika. WIMPS signalizuos apie savo buvimą išleisdami mažiau krūvio nei kitos dalelės už tą patį vibracijos kiekį.
„Mūsų detektoriai veikia kaip teleskopas, turintis filtrus, leidžiančius astronomams atskirti vieną šviesos spalvą nuo kitos“, - sakė CDMS II projekto vadovas Danas Baueris iš Fermilab. „Tik šiuo atveju mes bandome išfiltruoti įprastas daleles tamsiosios medžiagos WIMPS naudai.“
Fizikas Earlas Petersonas iš Minesotos universiteto prižiūri „Soudan“ metro laboratoriją, taip pat namų „Fermilab“ ilgą pradinį neutrinų eksperimentą - pagrindinį purkštukų neutrino osciliacijos paiešką.
„Džiaugiuosi dėl svarbaus naujojo CDMS II rezultato ir sveikinu bendradarbiavimą“, - sakė Petersonas. „Džiaugiuosi, kad„ Soudan “laboratorijos patalpos prisidėjo prie CDMS II sėkmės. Ir aš ypač džiaugiuosi, kad Fermilab ir Minesotos universiteto darbas plečiant Soudano laboratoriją leido sukurti puikią naują fiziką “.
Kai per ateinančius kelerius metus CDSMII ieškos WIMP, bus atrasta arba tamsi mūsų Visatos materija, arba bus pašalinta daugybė supersimetriškų modelių. Bet kokiu atveju, CDMS II eksperimentas atliks svarbų vaidmenį tobulinant mūsų supratimą apie dalelių fiziką ir kosmosą.
Tarp CDMS II bendradarbiaujančių institucijų yra Browno universitetas, Case Western Reserve universitetas, Fermi nacionalinė greitintuvo laboratorija, Lawrence Berkeley nacionalinė laboratorija, Nacionaliniai standartų ir technologijos institutai, Prinstono universitetas, Santa Clara universitetas, Stanfordo universitetas, Kalifornijos Berkeley universitetas, Kalifornijos universitetas, Santa Barbara, Kolorado universitetas Denveryje, Floridos universitetas ir Minesotos universitetas.
„Fermilab“ yra DOE mokslo biuro nacionalinė laboratorija, kurią pagal sutartį administruoja Universities Research Association, Inc.
Originalus šaltinis: „Fermilab“ naujienų leidinys
