Het onderzoek identificeert detectie beperkingen voor donkere fotonen

April 13, 2020

door Ingrid Fadelli , Phys.org

functie

Schematische tekening van de toekomstige CDEX-100 experiment. Credit: She et al.

kosmologische en astrofysische waarnemingen in het verleden suggereren dat meer dan een kwart van de energiedichtheid van het universum bestaat uit een niet-conventionele soort materie die bekend staat als donkere materie. Dit type materie wordt verondersteld om samengesteld te zijn uit deeltjes die geen licht absorberen, uitzenden of weerkaatsen, en dus niet direct kunnen worden waargenomen gebruikend conventionele opsporingsmethoden.

onderzoekers wereldwijd hebben studies uitgevoerd gericht op het detecteren van donkere materie in het heelal, maar tot nu toe is geen van hen succesvol geweest. Zelfs de geprefereerde kandidaat voor donkere materie, zwak interagerende massieve deeltjes (WIMPs), zijn nog niet experimenteel waargenomen.Het China Dark Matter Experiment (CDex) collaboration, een groot team van onderzoekers aan de Tsinghua universiteit en andere universiteiten in China, heeft onlangs een zoektocht uitgevoerd naar een andere mogelijke kandidaat voor donkere materie, bekend als het donkere foton. Terwijl de zoektocht niet succesvol was, hun paper, gepubliceerd in Physical Review Letters, identificeert nieuwe beperkingen op een donkere foton parameter die toekomstige studies kunnen informeren.”The dark photon ,a hypothetical invisible particle, is an attractive dark matter candidate, which could also be a new interaction mediator between dark matter and normal matter,” Qian Yue, one of the researchers who carried out the study, told Phys.org. ” de studie en detectie van donkere materie kan bijdragen aan de uitbreiding van het standaardmodel (SM) van deeltjesfysica en onze kennis van het heelal uitbreiden.”

de CDex-samenwerking zoekt al enige tijd naar lichte donkere materie met behulp van een 10 kg p-type puntcontact germanium detector geïnstalleerd in het China Jinping underground laboratory (CJPL). CJPL is de diepste ondergrondse onderzoeksfaciliteit ter wereld, met een rotsoverlast van 2400 meter.

de door de onderzoekers gebruikte detector bestaat uit drie driedelige germaniumdetectorstrengen, omgeven door 20 cm dik, zeer zuiver, zuurstofvrij koper, dat als passieve afscherming tegen omgevingsradioactiviteit fungeert. Dit instrument wordt direct ondergedompeld in vloeibare stikstof om relatief koele temperaturen te handhaven. “Donkere fotonen kunnen experimenteel worden gedetecteerd door hun absorptie en omzetting in elektronen in de germaniumdetectoren in een proces dat analoog is aan het foto-elektrische effect van SM-fotonen,” legde Yue uit. “Intense fotonbronnen, zoals de zon, bieden een uitstekend platform om donkere fotonen te zoeken. Bij een bereik van 100 eV is de lage energiedrempel van point-contact germaniumdetectoren bijzonder geschikt voor het onderzoek van donkere fotonen.”

in hun recente paper analyseerden Yue en zijn collega ‘ s gegevens die werden verzameld met behulp van de detector bij CJPL tussen februari 2017 en augustus 2018, op zoek naar zonne-donkere fotonen en donkere fotonen, twee kandidaten voor donkere materie. Terwijl de onderzoekers niet in staat waren om signalen te observeren die naar een van deze kandidaten wijzen, slaagden ze erin om beperkingen op de effectieve kinetische mengparameter tussen donkere fotonen en SM-fotonen te stellen.”Als een aantrekkelijke kandidaat voor donkere materie en een nieuwe mogelijke interactie mediator tussen donkere materie en normale materie, de donkere foton is aantrekkelijk voor verdere theoretische en experimentele inspanningen,” Yue zei. “Ons werk heeft een nieuwe parameterruimte gesondeerd en de strengste grenzen gesteld aan donkere zonne-fotonen onder de directe detectieexperimenten.”

de recente studie uitgevoerd door Yue en zijn collega ‘ s levert waardevolle nieuwe feedback die toekomstige zoekopdrachten naar donkere materie, in het bijzonder voor donkere fotonen, zou kunnen informeren. Bovendien versterkt hun werk de huidige wereldwijde interesse in het verkennen van andere donkere materie kandidaten, die verder gaan dan watjes en hun detectiekanaal van elastische verstrooiing met de kern.

” om de zoektocht naar lichte donkere materie verder te bevorderen, zullen we de CDex-10 detector array opnieuw installeren in een nieuwe, grotere vloeibare stikstof cryo-tank met een volume van ongeveer 1700 m3 in hal-C van het nieuwe cjpl-II laboratorium in de komende twee jaar, waar afscherming van omgevingsradioactiviteit wordt geleverd door de 6 meter dikke vloeibare stikstof,” zei Yue. “Extra germaniumdetectoren, tot ongeveer 100 kg, zijn gepland voor inzet in de cryo-tank met verminderde achtergrond en hogere detectieefficiëntie.”

meer informatie: Z. She et al. Directe Detectiebeperkingen op donkere fotonen met het CDex-10 Experiment in het China Jinping Underground Laboratory, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.124.111301

informatie uit het tijdschrift: Physical Review Letters

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.