Kuvaluotto: Fermilab
Ensimmäisten tietojen avulla Pohjois-Minnesotan maanalaisesta observatoriosta kryogeenisen pimeäainehaun tutkijat ovat nojautuneet herkemmälle kuin koskaan ennen WIMPS: n epäillylle alueelle. Heikosti vuorovaikutuksessa olevien massiivisten hiukkasten havaitseminen voisi ratkaista pimeän aineen kaksinkertaisen mysteerin kosmisessa mittakaavassa ja supersymmetrian subatomisessa mittakaavassa.
Physical Review Lettersille lähetetyssä lehdessä kuvattu CDMS II-tulos osoittaa 90 prosentin varmuudella, että WIMP: n, jonka massa on 60 GeV, vuorovaikutusnopeuden on oltava alle 4 x 10-43 cm2 tai noin yhden vuorovaikutuksen 25 päivän välein kilogrammaa kohti. germaniumia, kokeen detektorin materiaalia. Tämä tulos kertoo tutkijoille enemmän kuin he ovat koskaan aiemmin tienneet WIMPS: stä, jos niitä on olemassa. CDMS II -ilmaisimien mittaukset ovat ainakin neljä kertaa herkempiä kuin EDELWEISS-kokeen, maanalaisen eurooppalaisen kokeen, lähellä Grenoblea, Ranskaa, aikaisempi paras mittaus.
"Ajattele tätä parantunutta herkkyyttä kuin uusi kaukoputki, jonka halkaisija on kaksinkertainen ja siten neljä kertaa suurempi kuin minkä tahansa ennen sitä tulevan valon kokoelma", sanoi CDMS II: n edustaja Blas Cabrera Stanfordin yliopistosta. ”Pystymme nyt etsimään signaalia, joka on vain neljäsosa yhtä kirkas kuin mitä olemme aiemmin nähneet. Muutaman seuraavan vuoden aikana odotamme parantavan herkkyyttämme kerralla 20 tai enemmän. ”
Tuloksia esittelevät American Physical Society -konferenssin huhtikuun kokouksessa 3. ja 4. toukokuuta Denverissä Harry Nelson ja jatko-opiskelija Joel Sanders, molemmat Kalifornian yliopistosta - Santa Barbara, sekä Gensheng Wang ja Sharmila Kamat Case Westernistä. Varaa yliopisto.
"Tiedämme, että hiukkasfysiikan vakiomalli tai kosmosmallimme eivät ole täydellisiä", sanoi CDMS II: n tiedottaja Bernard Sadoulet Kalifornian yliopistosta Berkeleyssä. ”Tämä erityinen puuttuva kappale näyttää sopivan molemmille arvoituksille. Näemme saman muodon kahdesta eri suunnasta. ”
WIMP: t, joissa ei ole maksua, ovat tutkimuksia ristiriitaisuuksista. Vaikka fyysikot odottavat heidän olevan noin 100-kertainen protonien massaan nähden, heidän haamukas luonteensa ansiosta he voivat liukua tavallisen aineen läpi jättäen tuskin jälkeä. Termi ”heikosti vuorovaikutuksessa” ei tarkoita energian määrää, joka on talletettu, kun ne ovat vuorovaikutuksessa normaalin aineen kanssa, vaan pikemminkin siihen, että ne ovat vuorovaikutuksessa erittäin harvoin. Itse asiassa jopa sata miljardia WIMP-tiedostoa voi olla virtautunut kehosi läpi, kun luet näitä muutamia ensimmäisiä lauseita.
CDMS II: llä on 48 tutkijaa 13 instituutiosta ja vielä 28 tekniikan, tekniikan ja hallinnon henkilöstöä. CDMS II toimii Yhdysvaltain energiaministeriön tiedetoimiston, Kansallisen tiedesäätiön tähtitieteen ja fysiikan osastojen sekä jäsenlaitosten rahoituksella. DOE: n Fermi-kansallinen kiihdytinlaboratorio tarjoaa CDMS II: n projektijohtamisen.
"Pimeän aineen luonne on olennaista ymmärryksellemme maailmankaikkeuden muodostumisesta ja evoluutiosta", kertoi DOE: n tiedetoimiston johtaja tri Raymond L. Orbach. "Tämä kokeilu ei olisi voinut onnistua ilman DOE: n tiedetoimiston ja National Science Foundationin aktiivista yhteistyötä."
NSF: n matematiikan ja fysikaalisten tieteiden apulaisjohtaja Michael Turner kuvaili tumman aineen ainesosan tunnistamista yhdeksi suurimmista haasteista sekä astrofysiikassa että hiukkasfysiikassa.
"Pimeä aine sisältää kaikki maailmankaikkeuden rakenteet - mukaan lukien oman Linnunradan - ja emme vieläkään tiedä, mistä tumma aine on tehty", Turner sanoi. ”Toimintahypoteesi on, että se on uusi aineen muoto - mikä oikein tuo valoa alkuainevoimien ja hiukkasten sisäiseen toimintaan. Pyrkiessään ratkaisuun tähän tärkeään palapeliin, CDMS on nyt pakkauksen kärjessä, ja toinen herkkyyskerroin on vielä 20. "
Pimeä aine maailmankaikkeudessa havaitaan sen painovoimavaikutusten kautta kaikille kosmisille asteikoille, rakenteen kasvusta varhaisessa universumissa nykyisten galaksien vakauteen. Monien lähteiden kosmologiset tiedot vahvistavat, että tämä näkymätön tumma aine on enemmän kuin seitsemän kertaa tavallisen näkyvän aineen määrä, joka muodostaa tähdet, planeetat ja muut esineet maailmankaikkeudessa.
"Jotain siellä muodosti galakseja ja pitää ne yhdessä tänään, eikä se säteile eikä absorboi valoa", Cabrera sanoi. "Tähtien massa galaksissa on vain 10 prosenttia koko galaksin massasta, joten tähdet ovat kuin joulukuusenvalot, jotka koristavat suuren tumman talon olohuonetta."
Fyysikot uskovat myös, että WIMP: t voivat olla vielä tarkkailemattomia subatomisia hiukkasia, joita kutsutaan neutinoineiksi. Nämä olisivat todisteita supersymmetrian teorialle, joka esittelee kiehtovaa uutta fysiikkaa nykypäivän perushiukkasten ja voimien standardimallin ulkopuolelle.
Supersymmetria ennustaa, että jokaisella tunnetulla hiukkasella on supersymmetrinen kumppani, jolla on komplementaariset ominaisuudet, vaikka yhtäkään näistä kumppaneista ei ole vielä havaittu. Monet supersymmetriamallit kuitenkin ennustavat, että kevyimmällä supersymmetrisellä hiukkasella, nimeltään neutrino, on massa noin 100-kertainen protoniin nähden.
"Teoreetikot keksivat kaikki nämä tunnetuista hiukkasista koostuvat ns." Supersymmetriset kumppanit "selittääkseen ongelmat pienimmillä etäisyysasteikoilla", sanoi Dan Akerib Case Western Reserve Universitystä. "Yhdessä niistä kiehtovista yhteyksistä, jotka ovat erittäin suuria ja pieniä, kevyin näistä superpartnereista voisi olla palapelin puuttuva kappale selittämään, mitä havaitsemme suurimmissa etäisyysasteikoissa."
CDMS II -ryhmä harjoittaa ”maanalaista tähtitiedettä” hiukkasilmaisimilla, jotka sijaitsevat melkein puoli mailia maanpinnan alapuolella entisessä rautakaivoksessa Soudanissa, Minnesotassa. Maankuoren 2341 jalkaa suojaavat kosmiset säteet ja niiden tuottamat taustapartikkelit. Ilmaisimet on valmistettu germaniumista ja piistä, puolijohdekiteistä, joilla on samanlaiset ominaisuudet. Ilmaisimet jäähdytetään absoluuttisen nolla-asteen kymmenesosaan asti, niin kylmä, että molekyylinliikkeestä tulee vähäinen. Ilmaisimet mittaavat samanaikaisesti varauksen ja tärinän, joka johtuu kiteiden hiukkasvuorovaikutuksista. WIMPS ilmoittaa läsnäolostaan vapauttamalla vähemmän varausta kuin muut hiukkaset samalla värähtelymäärällä.
"Detektorimme toimivat kuin teleskooppi, joka on varustettu suodattimilla, joiden avulla tähtitieteilijät voivat erottaa valon värit toisesta", kertoi CDMS II: n projektipäällikkö Dan Bauer Fermilabista. "Vain tässä tapauksessa yritämme suodattaa perinteiset hiukkaset tumman aineen WIMPS: n hyväksi."
Fyysikko Earl Peterson Minnesotan yliopistosta valvoo Soudanin metrolaboratoriota, joka on myös Fermilabin pitkän lähtötason neutriinokokeen, pääinjektorin neutrinooskillaatiotutkimuksen koti.
"Olen innoissani CDMS II: n merkittävästä uudesta tuloksesta ja onnittelen yhteistyötä", Peterson sanoi. ”Olen iloinen, että Soudan-laboratorion tilat auttoivat CDMS II: n menestymiseen. Ja olen erityisen iloinen siitä, että Fermilabin ja Minnesotan yliopiston työ laajentamalla Soudan-laboratoriota on tuottanut upeaa uutta fysiikkaa. "
Kun CDSMII etsii WIMP: tä seuraavien vuosien aikana, joko universumin pimeä aine löydetään tai suuri joukko supersymmetrisiä malleja suljetaan pois mahdollisuudesta. Joko niin, CDMS II -kokeella on tärkeä rooli ymmärryksen parantamisessa hiukkasfysiikasta ja kosmosta.
CDMS II -yhteistyölaitoksia ovat Brownin yliopisto, Case Western Reserve University, Fermin kansallinen kiihdytinlaboratorio, Lawrence Berkeleyn kansallinen laboratorio, kansalliset standardien ja tekniikan instituutit, Princetonin yliopisto, Santa Clara yliopisto, Stanfordin yliopisto, Kalifornian yliopisto-Berkeley, Kalifornian yliopisto - Santa Barbara, Coloradon yliopisto Denverissä, Floridan yliopisto ja Minnesotan yliopisto.
Fermilab on DOE Science of National -laboratorio, jota hallinnoi Universities Research Association, Inc.
Alkuperäinen lähde: Fermilab-lehdistötiedote
