Obrazový kredit: Fermilab
S prvými údajmi z ich podzemného observatória v severnej Minnesote vedci z Cryogenic Dark Matter Search hľadali s väčšou citlivosťou ako kedykoľvek predtým do podozrivej ríše WIMPS. Pozorovanie slabých interakčných masívnych častíc by mohlo vyriešiť dvojité tajomstvo temnej hmoty na kozmickom meradle a supersymetrie na subatomárnom meradle.
Výsledok CDMS II, opísaný v dokumente predloženom spoločnosti Physical Review Letters, ukazuje s 90 percentnou istotou, že miera interakcie WIMP s hmotnosťou 60 GeV musí byť menšia ako 4 x 10-43 cm2 alebo približne jedna interakcia každých 25 dní na kilogram. germánia, materiál v detektore experimentu. Tento výsledok hovorí výskumníkom o WIMPS, ak vôbec existujú, viac ako kedykoľvek predtým. Merania z detektorov CDMS II sú najmenej štyrikrát citlivejšie ako predchádzajúce merania, ktoré ponúka experiment EDELWEISS, podzemný európsky experiment blízko Grenoble vo Francúzsku.
„Túto vylepšenú citlivosť premýšľajte ako nový ďalekohľad s dvojnásobným priemerom, a teda štvornásobkom svetelnej zbierky všetkého, čo prišlo pred ňu,“ uviedol hovorca CDMS II Blas Cabrera zo Stanfordskej univerzity. „Teraz sme schopní hľadať signál, ktorý je len štvrtinový a jasný ako akýkoľvek, aký sme predtým videli. Očakávame, že v nasledujúcich rokoch sa zvýši naša citlivosť o faktor 20 alebo viac. “
Výsledky prezentuje na aprílovom stretnutí Americkej fyzickej spoločnosti 3. a 4. mája v Denveri Harry Nelson a postgraduálny študent Joel Sanders z Kalifornskej univerzity v Santa Barbare a Gensheng Wang a Sharmila Kamat z prípadu Western. Rezervovať univerzitu.
„Vieme, že ani náš štandardný model fyziky častíc, ani náš model vesmíru nie je úplný,“ uviedol hovorca CDMS II Bernard Sadoulet z Kalifornskej univerzity v Berkeley. „Zdá sa, že tento chýbajúci kúsok vyhovuje obom hádankám. Vidíme rovnaký tvar z dvoch rôznych smerov. “
WIMP, ktoré neúčtujú žiadne poplatky, sú štúdiou v rozpore. Kým fyzici očakávajú, že budú mať asi stonásobok množstva protónov, ich strašidelná povaha im umožňuje prekĺznuť cez obyčajnú hmotu a zanechať takmer stopu. Pojem „slabo interagujúci“ sa netýka množstva energie uloženej pri interakcii s normálnou hmotou, ale skôr skutočnosti, že interagujú veľmi zriedka. Po prečítaní týchto prvých niekoľkých viet sa vám mohlo v tele prúdiť až sto miliárd WIMP.
S 48 vedcami z 13 inštitúcií a ďalšími 28 inžinierskymi, technickými a administratívnymi pracovníkmi pracuje CDMS II s financovaním z Úradu vedy USA, ministerstva energetiky, z odborov astronómie a fyziky Národnej vedeckej nadácie a z členských inštitúcií. Národné urýchľovacie laboratórium DOE zabezpečuje riadenie projektu pre CDMS II.
„Povaha temnej hmoty je základom nášho chápania formovania a vývoja vesmíru,“ uviedol Dr. Raymond L. Orbach, riaditeľ Úradu DOE. "Tento experiment by nemohol uspieť bez aktívnej spolupráce Úradu DOE a Národnej vedeckej nadácie."
Michael Turner, pomocný riaditeľ pre matematiku a fyzikálne vedy na NSF, označil identifikáciu zložky temnej hmoty za jednu z veľkých výziev astrofyziky a fyziky častíc.
"Temná hmota drží všetky štruktúry vo vesmíre - vrátane našej vlastnej Mliečnej dráhy - a stále nevieme, z čoho je temná hmota vyrobená," uviedol Turner. „Pracovnou hypotézou je, že ide o novú formu hmoty, ktorá, ak bude správna, vrhne svetlo na vnútorné pôsobenie elementárnych síl a častíc. Pri hľadaní riešenia tejto dôležitej hádanky je teraz CDMS na čele balenia a ešte stále príde ďalší faktor citlivosti 20. “
Temná hmota vo vesmíre je detegovaná gravitačnými účinkami na všetky kozmické škály, od rastu štruktúry v počiatočnom vesmíre po stabilitu galaxií dnes. Kozmologické údaje z mnohých zdrojov potvrdzujú, že táto neviditeľná temná hmota predstavuje viac ako sedemnásobok množstva obyčajnej viditeľnej hmoty tvoriacej hviezdy, planéty a iné objekty vo vesmíre.
"Niečo tam dnes formovalo galaxie a držalo ich spolu pohromade a nevydáva ani neabsorbuje svetlo," uviedla Cabrera. "Hmotnosť hviezd v galaxii je iba 10 percent hmotnosti celej galaxie, takže hviezdy sú ako svetlá vianočných stromčekov zdobiace obývaciu izbu veľkého tmavého domu."
Fyzici sa tiež domnievajú, že WIMP by mohli byť doteraz nepozorovanými subatomickými časticami nazývanými neutrína. To by bol dôkaz pre teóriu supersymetrie, ktorá by zaviedla zaujímavú novú fyziku nad rámec súčasného štandardného modelu základných častíc a síl.
Supersymetria predpovedá, že každá známa častica má supersymetrického partnera s komplementárnymi vlastnosťami, hoci žiadny z týchto partnerov ešte nebol pozorovaný. Mnoho modelov supersymetrie však predpovedá, že najľahšia supersymetrická častica, nazývaná neutinoíno, má hmotnosť asi stonásobku hmotnosti protónu.
„Teoretici prišli so všetkými takzvanými„ supersymetrickými partnermi “známych častíc, aby vysvetlili problémy na najmenších vzdialenostných mierkach,“ uviedol Dan Akerib z Case Western Reserve University. "V jednom z tých fascinujúcich spojení veľkého a veľmi malého, najľahší z týchto superpartnerov by mohol byť chýbajúci kúsok skladačky na vysvetlenie toho, čo pozorujeme na najväčších vzdialenostných mierkach."
Tím CDMS II praktizuje „podzemnú astronómiu“ s detektormi častíc umiestnenými takmer pol míle pod zemským povrchom v bývalej železnej bani v Soudane v Minnesote. 2 341 stôp zemskej kôry chráni kozmické lúče a častice pozadia, ktoré produkujú. Detektory sú vyrobené z polovodičových kryštálov z germánia a kremíka s podobnými vlastnosťami. Detektory sa ochladzujú s presnosťou na jednu desatinu stupňa absolútnej nuly, takže je studený, že molekulárny pohyb je zanedbateľný. Detektory súčasne merajú náboj a vibrácie vytvárané interakciami častíc v kryštáloch. WIMPS bude signalizovať svoju prítomnosť uvoľňovaním menšieho náboja ako iné častice pri rovnakom množstve vibrácií.
"Naše detektory fungujú ako ďalekohľad vybavený filtrami, ktoré umožňujú astronómom rozlíšiť jednu farbu svetla od druhej," uviedol projektový manažér CDMS II Dan Bauer z Fermilab. "Iba v našom prípade sa snažíme odfiltrovať konvenčné častice v prospech temných hmôt WIMPS."
Fyzik Earl Peterson z University Minnesota dohliada na podzemné laboratórium Soudan Underground Laboratory, ktoré je tiež domovom dlhodobého neutrínového experimentu spoločnosti Fermilab, Hlavného injektora Neutrino Oscillation Search.
"Som nadšený novým významným výsledkom z CDMS II a blahoželám k spolupráci," uviedol Peterson. „Som rád, že zariadenia v laboratóriu v Soudani prispeli k úspechu systému CDMS II. Obzvlášť ma teší, že práca spoločnosti Fermilab a University of Minnesota pri rozširovaní Soudanského laboratória vyústila do vynikajúcej novej fyziky. “
Keď CDSMII v nasledujúcich rokoch vyhľadáva WIMP, objaví sa buď temná hmota nášho vesmíru, alebo sa vylúči veľký rozsah supersymetrických modelov. V oboch prípadoch bude experiment CDMS II hrať hlavnú úlohu pri zlepšovaní nášho chápania fyziky častíc a vesmíru.
Medzi spolupracujúce inštitúcie CDMS II patria Brownova univerzita, Case Western Reserve University, Fermi National Accelerator Laboratory, Národné laboratórium Lawrence Berkeley, Národné inštitúty pre normy a technológie, Princetonská univerzita, Santa Clara University, Stanfordská univerzita, Kalifornská univerzita - Berkeley, Kalifornská univerzita - Santa Barbara, University of Colorado v Denveri, Florida University a University of Minnesota.
Fermilab je národné laboratórium DOE Office of Science, ktoré prevádzkuje na základe zmluvy Universities Research Association, Inc.
Pôvodný zdroj: Fermilab News Release
