Forskning identifiserer deteksjonsbegrensninger for mørke fotoner

April 13, 2020

av Ingrid Fadelli , Phys.org

funksjon

Skjematisk tegning av fremtidig CDEX-100 eksperiment. Kreditt: She et al.

tidligere kosmologiske og astrofysiske observasjoner tyder på at over en fjerdedel av universets energitetthet består av en ikke-konvensjonell type materie kjent som mørk materie. Denne typen materie antas å være sammensatt av partikler som ikke absorberer, avgir eller reflekterer lys, og dermed ikke kan observeres direkte ved hjelp av konvensjonelle deteksjonsmetoder.

Forskere over hele verden har utført studier med sikte på å oppdage mørk materie i universet, men hittil har ingen av dem vært vellykkede. Selv den foretrukne kandidaten for mørk materie, svakt interagerende massive partikler (WIMPs), har ennå ikke blitt observert eksperimentelt.

China Dark Matter Experiment (CDEX) collaboration, et stort team av forskere Ved Tsinghua University og andre universiteter I Kina, har nylig gjennomført et søk etter en annen mulig mørk materie kandidat kjent som dark photon. Mens søket mislyktes, identifiserer deres papir, publisert I Physical Review Letters, nye begrensninger på en mørk fotonparameter som kan informere fremtidige studier.

» den mørke fotonen, en hypotetisk usynlig partikkel, er en attraktiv mørk materie kandidat, som også kan være en ny interaksjonsmediator mellom mørk materie og normal materie, «Sa Qian Yue, en av forskerne som utførte studien, Phys.org.» studien og deteksjon av mørk materie kan bidra til utvidelsen av standardmodellen (sm) av partikkelfysikk og utvide vår kunnskap om universet.»

CDEX-samarbeidet har gjennomført søk etter lys mørk materie i noen tid nå, ved hjelp av en 10 kg p-type punktkontakt germaniumdetektor installert På China Jinping underground laboratory (CJPL). CJPL er det dypeste underjordiske forskningsanlegget i verden, med en steinoverbelastning på 2400 meter.

detektoren som brukes av forskerne består av tre triple-element germanium detektorstrenger, omgitt av 20 cm tykt, oksygenfritt kobber med høy renhet, som fungerer som et passivt skjold mot omgivende radioaktivitet. Dette instrumentet er direkte nedsenket i flytende nitrogen for å opprettholde relativt kjølige temperaturer.

«Mørke fotoner kan oppdages eksperimentelt gjennom absorpsjon og konvertering til elektroner i germaniumdetektorer i en prosess som er analog med den fotoelektriske effekten AV sm-fotoner,» forklarte Yue. «Intense fotonkilder, for eksempel solen, gir en utmerket plattform for å lete etter mørke fotoner. Ved en rekkevidde på 100 eV er lavenergitærskelen til punkt-kontakt germanium detektorer spesielt egnet for studier av mørke fotoner.»

I deres siste papir analyserte Yue og hans kolleger data samlet inn ved hjelp av detektoren PÅ CJPL mellom februar 2017 og August 2018, og søkte etter solmørke fotoner og mørke fotoner, to mørke materiekandidater. Mens forskerne ikke kunne observere signaler som pekte på noen av disse kandidatene, klarte de å sette begrensninger på den effektive kinetiske blandingsparameteren mellom mørke fotoner og SM-fotoner.

» som en attraktiv kandidat for mørk materie og en ny mulig interaksjonsmegler mellom mørk materie og normal materie, er den mørke fotonen attraktiv for videre teoretisk og eksperimentell innsats, » Sa Yue. «Vårt arbeid har undersøkt en ny parameterplass og satt de strengeste grensene for solmørke fotoner blant de direkte deteksjonseksperimentene.»

den nylige studien Utført Av Yue og hans kolleger gir noen verdifulle nye tilbakemeldinger som kan informere fremtidige søk etter mørk materie, spesielt for mørke fotoner. Videre styrker deres arbeid den nåværende verdensomspennende interessen for å utforske andre mørke materiekandidater, går utover WIMPs og deres deteksjonskanal av elastisk spredning med kjernen.

» for ytterligere å fremme søket etter lys mørk materie, vil VI installere CDEX-10 detektorarrayet i EN ny, større flytende nitrogenkryo-tank med et volum på ca 1700 m3 Ved Hall-C i det nye cjpl-II laboratoriet i de neste to årene, hvor skjerming fra omgivende radioaktivitet leveres av det 6 meter tykke flytende nitrogenet, » Sa Yue. «Ytterligere germaniumdetektorer, opptil 100 kg, er planlagt for distribusjon i kryo-tanken med redusert bakgrunn og høyere deteksjonseffektivitet.»

Mer informasjon: Z. She et al. Direkte Deteksjonsbegrensninger på Mørke Fotoner med CDEX-10-Eksperimentet Ved China Jinping Underground Laboratory, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.124.111301

Journal informasjon: Fysisk Gjennomgang Bokstaver

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert.