Výzkum identifikuje detekční omezení pro tmavé fotony

Duben 13, 2020

Autor: Ingrid Fadelli , Phys.org

funkce

Schematický nákres budoucího experimentu CDEX-100. Kredit: ona a kol.

minulé kosmologické a astrofyzikální pozorování naznačují, že více než čtvrtina energetické hustoty vesmíru je tvořena nekonvenčním typem hmoty známé jako temná hmota. Předpokládá se, že tento typ hmoty je složen z částic, které neabsorbují, nevyzařují ani neodrážejí světlo, a proto je nelze pozorovat přímo pomocí konvenčních detekčních metod.

vědci po celém světě provedli studie zaměřené na detekci temné hmoty ve vesmíru, zatím žádný z nich nebyl úspěšný. Dokonce ani preferovaný kandidát na temnou hmotu, slabě interagující masivní částice (WIMPs), dosud nebyl experimentálně pozorován.

spolupráce China Dark Matter Experiment (CDEX), velký tým vědců na Tsinghua University a dalších univerzitách v Číně, nedávno provedl hledání jiného možného kandidáta na temnou hmotu známého jako temný foton. Zatímco hledání bylo neúspěšné, jejich práce, publikováno v dopisech Physical Review Letters, identifikuje nová omezení parametru dark photon, která by mohla informovat budoucí studie.

„temný foton, hypotetická neviditelná částice, je atraktivním kandidátem na temnou hmotu, který by mohl být také novým mediátorem interakce mezi temnou hmotou a normální hmotou,“ řekl Qian Yue, jeden z výzkumníků, kteří studii provedli Phys.org, „studium a detekce temné hmoty může přispět k rozšíření standardního modelu (SM) částicové fyziky a rozšířit naše znalosti o vesmíru.“

spolupráce CDEX již nějakou dobu provádí vyhledávání světlé tmavé hmoty pomocí detektoru Germania s bodovým kontaktem typu 10 kg P instalovaného v podzemní laboratoři China Jinping (CJPL). CJPL je nejhlubší podzemní výzkumné zařízení na světě, se skalním přetížením 2400 metrů.

detektor používaný vědci se skládá ze tří trojčlenných řetězců detektoru Germania, obklopených 20 cm tlustou, vysoce čistou, bezkyslíkatou mědí, která působí jako pasivní štít proti okolní radioaktivitě. Tento přístroj je přímo ponořen do kapalného dusíku, aby se udržely relativně chladné teploty.

„tmavé fotony mohou být experimentálně detekovány jejich absorpcí a přeměnou na elektrony v detektorech germania v procesu analogickém fotoelektrickému efektu fotonů SM,“ vysvětlil Yue. „Intenzivní zdroje fotonů, např. slunce, poskytují vynikající platformu pro hledání tmavých fotonů. V rozsahu 100 eV je nízká energetická prahová hodnota detektorů Germania s bodovým kontaktem zvláště vhodná pro studium tmavých fotonů.“

ve svém nedávném příspěvku Yue a jeho kolegové analyzovali data shromážděná pomocí detektoru na CJPL mezi únorem 2017 a srpnem 2018 a hledali sluneční tmavé fotony a tmavé fotony, dva kandidáty na temnou hmotu. Zatímco vědci nebyli schopni pozorovat signály ukazující na jednoho z těchto kandidátů, podařilo se jim stanovit omezení efektivního parametru kinetického míchání mezi tmavými fotony a fotony SM.

„jako atraktivní kandidát na temnou hmotu a nový možný interakční mediátor mezi temnou hmotou a normální hmotou je temný foton atraktivní pro další teoretické a experimentální úsilí,“ řekl Yue. „Naše práce zkoumala nový parametr prostor a stanovila nejpřísnější limity pro sluneční tmavé fotony mezi experimenty s přímou detekcí.“

nedávná studie provedená Yue a jeho kolegy poskytuje nějakou cennou novou zpětnou vazbu, která by mohla informovat budoucí hledání temné hmoty, zejména tmavých fotonů. Jejich práce navíc posiluje současný celosvětový zájem o zkoumání dalších kandidátů na temnou hmotu, přesahující Wimpy a jejich detekční kanál elastického rozptylu s jádrem.

„abychom dále pokročili v hledání světlé tmavé hmoty, znovu nainstalujeme detektorové pole CDEX-10 do nové, větší kryo-nádrže s kapalným dusíkem o objemu asi 1700 m3 v hale C nové laboratoře CJPL-II v příštích dvou letech, kde je stínění před okolní radioaktivitou zajištěno kapalným dusíkem o tloušťce 6 metrů,“ řekl Yue. „Další detektory Germania, až do asi 100 kg, jsou plánovány pro nasazení v kryo-nádrži se sníženým pozadím a vyšší detekční účinností.“

více informací: z. She et al. Přímá detekční omezení na tmavých fotonech pomocí experimentu CDEX-10 v čínské Jinping Underground Laboratory, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.124.111301

informace o deníku: dopisy o fyzickém přezkoumání

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.