Pesquisa identifica detecção de restrições para o escuro fótons

abril 13, 2020

por Ingrid Fadelli , Phys.org

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desenho Esquemático do futuro CDEX-100 experimento. Crédito: ela et al.

observações cosmológicas e astrofísicas passadas sugerem que mais de um quarto da densidade de energia do universo é composta de um tipo não convencional de matéria conhecida como matéria escura. Acredita-se que este tipo de matéria seja composta por partículas que não absorvem, emitem ou refletem a luz, e assim não podem ser observadas diretamente usando métodos de detecção convencionais.

pesquisadores de todo o mundo realizaram estudos destinados a detectar matéria negra no universo, mas, até agora, nenhum deles foi bem sucedido. Mesmo o candidato preferido para a matéria escura, fracamente interagindo partículas massivas (WIMPs), ainda não foram observados experimentalmente.

The China Dark Matter Experiment (CDEX) collaboration, a large team of researchers at Tsinghua University and other universities in China, has recently conducted a search for a different possible dark matter candidate known as the dark photon. Embora a pesquisa não tenha sido bem sucedida, seu artigo, publicado em cartas de revisão física, identifica novas restrições em um parâmetro de fóton escuro que poderia informar estudos futuros.

“O escuro de fótons, um hipotético invisível de partículas, é um atrativo a matéria escura candidato, o que também poderia ser uma nova interação mediador entre a matéria escura e a matéria normal,” Qian Yue, um dos pesquisadores que realizaram o estudo, disse Phys.org. “O estudo e a detecção de matéria escura podem contribuir para a extensão do modelo padrão (SM) da física de partículas e expandir o nosso conhecimento do universo.”

the CDEX collaboration has been conducting searchs for light dark matter for some time now, using a 10 kg p-type point contact germanium detector installed at the China Jinping underground laboratory (CJPL). O CJPL é a mais profunda instalação de pesquisa subterrânea do mundo, com uma rocha sobrecarregada de 2400 metros.

o detector utilizado pelos investigadores consiste em três cadeias de detectores de germânio de elementos triplos, rodeadas por cobre isento de oxigénio, de 20 cm de espessura, de alta pureza, que actua como escudo passivo contra a radioactividade ambiente. Este instrumento é diretamente imerso em nitrogênio líquido para manter temperaturas relativamente frias.

“fótons escuros podem ser detectados experimentalmente através de sua absorção e conversão a elétrons nos detectores de germânio em um processo análogo ao efeito fotoelétrico de fótons SM”, explicou Yue. Fontes de fótons intensos, por exemplo, o sol, fornecem uma excelente plataforma para procurar fótons escuros. A uma gama de 100 eV, o baixo limiar de energia dos detectores de germânio de contacto pontual é particularmente adequado para os estudos de fótons escuros.”

em seu recente artigo, Yue e seus colegas analisaram dados coletados usando o detector em CJPL entre fevereiro de 2017 e agosto de 2018, procurando por fótons escuros solares e fótons escuros, dois candidatos à matéria escura. Enquanto os pesquisadores foram incapazes de observar sinais apontando para qualquer um destes candidatos, eles conseguiram definir restrições sobre o parâmetro de mistura cinética eficaz entre fótons escuros e fótons SM.

“como um candidato atraente para a matéria escura e um novo mediador de interação possível entre a matéria escura e a matéria normal, o fóton escuro é atraente para mais esforços teóricos e experimentais”, disse Yue. “Nosso trabalho sondou um novo espaço de parâmetros e estabeleceu os limites mais rigorosos em fótons escuros solares entre os experimentos de detecção direta.”

the recent study carried out by Yue and his colleagues provides some valuable new feedback that could inform future searchs for dark matter, particularly for dark photons. Além disso, seu trabalho reforça o atual interesse mundial em Explorar outros candidatos à matéria escura, indo além dos fracos e seu canal de detecção de dispersão elástica com o núcleo.

“para avançar ainda mais a busca por matéria escura clara, vamos re-instalar o detector CDex-10 em um novo tanque crio-tanque de nitrogênio líquido maior com um volume de cerca de 1700 m3 no Hall-C do novo laboratório CJPL-II nos próximos dois anos, onde a proteção da radioatividade ambiente é fornecida pelo nitrogênio líquido de 6 metros de espessura”, disse Yue. “Detectores adicionais de germânio, até cerca de 100 kg, são planejados para implantação no crio-tanque com fundo reduzido e maior eficiência de detecção.”

mais informações: Z. She et al. Restrições de detecção direta em fótons escuros com o experimento CDEX-10 no laboratório subterrâneo China Jinping, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.124.111301

Journal information: Physical Review Letters

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