Badania identyfikują ograniczenia detekcji ciemnych fotonów

kwiecień 13, 2020

Autor: Ingrid Fadelli , Phys.org

cecha

schematyczny rysunek przyszłego eksperymentu CDEX-100. Kredyt: She et al.

wcześniejsze obserwacje kosmologiczne i Astrofizyczne sugerują, że ponad jedna czwarta gęstości energii wszechświata składa się z niekonwencjonalnego typu materii znanego jako ciemna materia. Uważa się, że ten rodzaj materii składa się z cząstek, które nie absorbują, nie emitują ani nie odbijają światła, a zatem nie mogą być obserwowane bezpośrednio przy użyciu konwencjonalnych metod wykrywania.

naukowcy na całym świecie przeprowadzili badania mające na celu wykrycie ciemnej materii we wszechświecie, jednak do tej pory żadne z nich nie odniosło sukcesu. Nawet preferowany kandydat na ciemną materię, słabo oddziałujące na siebie masywne cząstki (Wimp), nie został jeszcze zaobserwowany doświadczalnie.

Współpraca z China Dark Matter Experiment (CDex), dużym zespołem naukowców z Uniwersytetu Tsinghua i innych uniwersytetów w Chinach, przeprowadziła niedawno poszukiwania innego możliwego kandydata na ciemną materię znanego jako ciemny Foton. Podczas gdy poszukiwania nie powiodły się, ich artykuł, opublikowany w Physical Review Letters, identyfikuje nowe ograniczenia dotyczące parametru ciemnego fotonu, który może stanowić podstawę przyszłych badań.

„ciemny Foton, hipotetyczna niewidzialna cząstka, jest atrakcyjnym kandydatem na ciemną materię, która może być również nowym mediatorem interakcji między ciemną materią a normalną materią”, powiedział Qian Yue, jeden z naukowców, którzy przeprowadzili badanie Phys.org. ” badanie i wykrywanie ciemnej materii może przyczynić się do rozszerzenia modelu standardowego (SM) fizyki cząstek i poszerzenia naszej wiedzy o wszechświecie.”

współpraca CDEX od jakiegoś czasu prowadzi poszukiwania jasnej ciemnej materii, wykorzystując 10-kilogramowy punktowy detektor germanu typu P zainstalowany w Chińskim Laboratorium podziemnym Jinping (Cjpl). CJPL jest najgłębszym podziemnym obiektem badawczym na świecie, z nadkładem skalnym o wysokości 2400 metrów.

detektor używany przez badaczy składa się z trzech trójelementowych łańcuchów detektora germanu, otoczonych miedzią o wysokiej czystości, beztlenową o grubości 20 cm, która działa jako bierna osłona przed promieniowaniem z otoczenia. Ten instrument jest bezpośrednio zanurzony w ciekłym azocie, aby utrzymać stosunkowo niską temperaturę.

„ciemne fotony można wykryć doświadczalnie poprzez ich absorpcję i konwersję na elektrony w detektorach germanowych w procesie analogicznym do efektu fotoelektrycznego fotonów SM”, wyjaśnił Yue. „Intensywne źródła fotonów, np. słońce, stanowią doskonałą platformę do poszukiwania ciemnych fotonów. W zakresie 100 eV niski próg energetyczny punktowych detektorów germanowych jest szczególnie odpowiedni do badań ciemnych fotonów.”

w swoim ostatnim artykule Yue i jego współpracownicy przeanalizowali dane zebrane przy użyciu detektora w CJPL między lutym 2017 a sierpniem 2018, szukając ciemnych fotonów słonecznych i ciemnych fotonów, dwóch kandydatów na ciemną materię. Podczas gdy badacze nie byli w stanie zaobserwować sygnałów wskazujących na któregokolwiek z tych kandydatów, udało im się ustalić ograniczenia dotyczące efektywnego parametru mieszania kinetycznego między ciemnymi fotonami a fotonami SM.

„jako atrakcyjny kandydat na ciemną materię i Nowy możliwy mediator interakcji między ciemną materią a normalną materią, ciemny foton jest atrakcyjny do dalszych teoretycznych i eksperymentalnych wysiłków”, powiedział Yue. „Nasza praca zbadała nową przestrzeń parametrów i ustanowiła najbardziej rygorystyczne limity dla ciemnych fotonów słonecznych wśród bezpośrednich eksperymentów detekcyjnych.”

ostatnie badania przeprowadzone przez Yue i jego współpracowników dostarczają cennych nowych informacji zwrotnych, które mogą pomóc w przyszłych poszukiwaniach ciemnej materii, szczególnie ciemnych fotonów. Co więcej, ich praca wzmacnia obecne na całym świecie zainteresowanie badaniem innych kandydatów na ciemną materię, wykraczając poza mięczaki i ich kanał wykrywania elastycznego rozpraszania z jądrem.

„aby jeszcze bardziej przyspieszyć poszukiwania jasnej ciemnej materii, ponownie zainstalujemy matrycę detektorów CDEX-10 w nowym, większym krio-zbiorniku ciekłego azotu o objętości około 1700 m3 w Hali C nowego laboratorium CJPL-II w ciągu najbliższych dwóch lat, gdzie ekranowanie przed promieniotwórczością z otoczenia zapewnia ciekły azot o grubości 6 metrów”, powiedział Yue. „Dodatkowe detektory germanu, o masie do około 100 kg, są planowane do zainstalowania w kriokomórce o zmniejszonej tła i wyższej skuteczności wykrywania.”

więcej informacji: Z. She et al. Bezpośrednie ograniczenia wykrywania ciemnych fotonów za pomocą eksperymentu CDEX-10 W China Jinping Underground Laboratory, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.124.111301

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.