研究は暗い光子のための検出の抑制を識別します

エイプリル13, 2020

イングリッド-ファデリ著、Phys.org

特徴

将来のCDEX-100実験の模式図。 クレジット:She et al.

過去の宇宙論的および天体物理学的観測では、宇宙のエネルギー密度の四分の一以上がダークマターと呼ばれる非従来型の物質で構成されていることが示唆されている。 この種の物質は、光を吸収、放出、または反射しない粒子で構成されていると考えられているため、従来の検出方法では直接観察することはできません。

世界中の研究者は、宇宙の暗黒物質を検出することを目的とした研究を行ってきましたが、これまでのところ、それらのどれも成功していません。 ダークマターの好ましい候補であっても、弱く相互作用する質量粒子(WIMPs)は、まだ実験的に観察されていない。

清華大学や中国の他の大学の研究者の大規模なチームである中国暗黒物質実験(CDEX)コラボレーションは、最近、ダークフォトンとして知られている別の可能性のある暗黒物質の候補の検索を実施しました。 検索は失敗しましたが、Physical Review Lettersに掲載された彼らの論文は、将来の研究に知らせることができる暗い光子パラメータに関する新しい制約を特定しました。

“仮想的な目に見えない粒子であるダークフォトンは魅力的なダークマター候補であり、ダークマターと通常の物質との間の新しい相互作用仲介者でもあり得る”と、研究を行った研究者の一人であるQian Yueは語った。Phys.orgダークマターの研究と検出は、素粒子物理学の標準モデル(SM)の拡張に貢献し、宇宙の知識を拡大することができます。”

CDEXの共同研究は、中国金平地下研究所(CJPL)に設置された10kgのp型点接触ゲルマニウム検出器を使用して、しばらくの間、光暗黒物質の探索を行ってきた。 CJPLは世界で最も深い地下研究施設であり、2400メートルの岩の重荷があります。

研究者が使用する検出器は、周囲の放射能に対する受動的なシールドとして機能する厚さ20cm、高純度、無酸素銅で囲まれた三つの三重元素ゲルマニウム検出器の文字列で構成されています。 この器械は液体窒素で直接比較的涼しい温度を維持するために浸ります。

“ダーク光子は、SM光子の光電効果に似たプロセスで、ゲルマニウム検出器で吸収して電子に変換することによって実験的に検出することができます”とYue氏は説明しました。 “強い光子源、例えば、太陽は、暗い光子を探すための優れたプラットフォームを提供します。 100eVの範囲で、点接触ゲルマニウムの探知器の低負荷の境界は暗い光子の調査のために特に適している。”

彼らの最近の論文では、Yueらは2017年2月から2018年8月の間にCJPLの検出器を使用して収集されたデータを分析し、2つのダークマター候補である太陽ダークフォトンとダークフォトンを探しました。 研究者らは、これらの候補のいずれかを指す信号を観察することができなかったが、彼らは暗い光子とSM光子の間の効果的な速度論的混合パラメータに制約を設定することができた。

“暗黒物質の魅力的な候補であり、暗黒物質と通常の物質との間の新しい可能性のある相互作用仲介者として、暗黒光子はさらなる理論的および実験的努力にとって魅力的である”とYue氏は述べた。 “私たちの仕事は、新しいパラメータ空間をプローブし、直接検出実験の中で太陽の暗い光子に最も厳しい制限を設定しました。”

ユエと彼の同僚によって行われた最近の研究は、特に暗い光子のための暗黒物質のための将来の検索を知らせることができるいくつかの貴重な新 さらに、彼らの研究は、WIMPsと核との弾性散乱の検出チャネルを超えて、他の暗黒物質の候補を探索する現在の世界的な関心を強化しています。

“軽質暗黒物質の探索をさらに進めるために、CDEX-10検出器アレイを、新しいCJPL-II研究所のホールCにある約1700m3の容積を持つ新しいより大きな液体窒素クライオタンクに再設置し、厚さ6メートルの液体窒素によって周囲の放射能からの遮蔽が提供される”とYueは語った。 “追加のゲルマニウム検出器は、最大約100kgまで、バックグラウンドを低減し、検出効率を向上させたクライオタンクに展開する予定です。”

より多くの情報:Z.She et al. China Jinping Underground LaboratoryでのCDEX-10実験による暗い光子の直接検出の制約、Physical Review Letters(2020)。 土井:10.1103/124.111301

ジャーナル情報:物理的なレビューの手紙

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