A kutatás azonosítja a sötét fotonok detektálási korlátait

április 13, 2020

Ingrid Fadelli , Phys.org

funkció

a jövőbeli CDEX-100 kísérlet vázlatos rajza. Hitel: ő et al.

a korábbi kozmológiai és asztrofizikai megfigyelések azt sugallják, hogy az univerzum energiasűrűségének több mint egynegyede egy nem konvencionális típusú anyagból áll, amelyet sötét anyagnak neveznek. Úgy gondolják, hogy ez a fajta anyag olyan részecskékből áll, amelyek nem szívják fel, bocsátják ki vagy tükrözik a fényt, ezért nem figyelhetők meg közvetlenül a hagyományos detektálási módszerekkel.

a kutatók világszerte olyan tanulmányokat végeztek, amelyek célja a sötét anyag felderítése az univerzumban, eddig azonban egyikük sem volt sikeres. Még a sötét anyag előnyös jelöltjét, a gyengén kölcsönhatásban lévő masszív részecskéket (WIMPs) még nem figyelték meg kísérletileg.

a kínai Dark Matter Experiment (CDEX) együttműködés, a Tsinghua Egyetem és más kínai egyetemek nagy kutatócsoportja nemrégiben egy másik lehetséges sötét anyag jelöltet, a sötét fotont kutatta. Míg a keresés sikertelen volt, a Physical Review Letters-ben megjelent cikkük új korlátokat azonosít egy sötét fotonparaméterre, amely tájékoztathatja a jövőbeli tanulmányokat.

“a sötét foton, egy hipotetikus láthatatlan részecske, vonzó sötét anyag jelölt, amely szintén új interakciós közvetítő lehet A sötét anyag és a normál anyag között” – mondta Qian Yue, a tanulmányt végző egyik kutató Phys.org” a sötét anyag tanulmányozása és kimutatása hozzájárulhat a részecskefizika standard modelljének (SM) kiterjesztéséhez és az univerzummal kapcsolatos ismereteink bővítéséhez.”

a CDEX együttműködés már egy ideje keresi a világos sötét anyagot, egy 10 kg-os p-típusú érintkezési germánium detektorral, amelyet a China Jinping underground laboratory (CJPL) telepített. A CJPL a világ legmélyebb földalatti Kutatóintézete, 2400 méteres sziklaterheléssel.

a kutatók által használt detektor három hármas elemű germánium detektor húrból áll, amelyeket 20 cm vastag, nagy tisztaságú, oxigénmentes réz vesz körül, amely passzív pajzsként működik a környezeti radioaktivitás ellen. Ezt a műszert közvetlenül folyékony nitrogénbe merítik, hogy viszonylag hűvös hőmérsékletet tartsanak fenn.

“a sötét fotonok kísérletileg kimutathatók abszorpciójuk és elektronokká történő átalakításuk révén a germánium detektorokban az SM fotonok fotoelektromos hatásához hasonló folyamatban” – magyarázta Yue. “Az intenzív fotonforrások, például a nap, kiváló platformot nyújtanak a sötét fotonok kereséséhez. 100 eV tartományban a pont-érintkező germánium detektorok alacsony energia küszöbértéke különösen alkalmas sötét fotonok tanulmányozására.”

Yue és kollégái 2017 februárja és 2018 augusztusa között elemezték a CJPL detektorával gyűjtött adatokat, a nap sötét fotonjait és a sötét fotonokat keresve, két sötét anyag jelöltet. Míg a kutatók nem tudták megfigyelni a jelöltekre mutató jeleket, sikerült korlátozniuk a sötét fotonok és az SM fotonok közötti hatékony kinetikus keverési paramétert.

“a sötét anyag vonzó jelöltjeként és a sötét anyag és a normál anyag közötti új lehetséges kölcsönhatás közvetítőjeként a sötét foton vonzó a további elméleti és kísérleti erőfeszítésekhez” – mondta Yue. “Munkánk egy új paraméterteret vizsgált meg, és a közvetlen detektálási kísérletek közül a legszigorúbb korlátokat szabta meg a nap sötét fotonjaira.”

a Yue és kollégái által nemrégiben végzett tanulmány néhány értékes új visszajelzést ad, amelyek tájékoztathatják a sötét anyag, különösen a sötét fotonok jövőbeli keresését. Sőt, munkájuk megerősíti a jelenlegi világméretű érdeklődést más sötét anyag jelöltek feltárása iránt, túlmutatva a WIMPs-en és a maggal való rugalmas szóródás észlelési csatornáján.

“a világos sötét anyag keresésének további előmozdítása érdekében a CDEX-10 detektort egy új, nagyobb, körülbelül 1700 m3 térfogatú folyékony nitrogén krio-tartályba telepítjük az új CJPL-II laboratórium C Csarnokában a következő két évben, ahol a környezeti radioaktivitás elleni védelmet a 6 méter vastag folyékony nitrogén biztosítja”-mondta Yue. “További, körülbelül 100 kg-ig terjedő germánium detektorokat terveznek telepíteni a krio-tartályba, csökkentett háttérrel és nagyobb észlelési hatékonysággal.”

További információ: Z. ő et al. A sötét fotonok közvetlen detektálási korlátai a CDEX-10 kísérlettel a kínai Jinping földalatti laboratóriumban, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.124.111301

Journal information: Physical Review Letters

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.