Cercetarea identifică constrângerile de detectare a fotonilor întunecați

aprilie 13, 2020

de Ingrid Fadelli , Phys.org

caracteristică

desen Schematic al viitorului experiment CDEX-100. Credit: ea și colab.

observațiile cosmologice și astrofizice anterioare sugerează că peste un sfert din densitatea energetică a universului este alcătuită dintr-un tip neconvențional de materie cunoscută sub numele de materie întunecată. Se crede că acest tip de materie este compus din particule care nu absorb, emit sau reflectă lumina și, prin urmare, nu pot fi observate direct folosind metode convenționale de detectare.

cercetătorii din întreaga lume au efectuat studii care vizează detectarea materiei întunecate în univers, dar până acum, niciunul dintre ei nu a avut succes. Chiar și candidatul preferat pentru materia întunecată, particulele masive care interacționează slab (Wimp), nu au fost încă observate experimental.

colaborarea China Dark Matter Experiment (CDEX), o echipă numeroasă de cercetători de la Universitatea Tsinghua și alte universități din China, a efectuat recent o căutare pentru un posibil candidat diferit al materiei întunecate cunoscut sub numele de fotonul întunecat. În timp ce căutarea nu a reușit, lucrarea lor, publicată în Physical Review Letters, identifică noi constrângeri asupra unui parametru de foton întunecat care ar putea informa studiile viitoare.

„fotonul întunecat, o particulă invizibilă ipotetică, este un candidat atractiv pentru materia întunecată, care ar putea fi, de asemenea, un nou mediator de interacțiune între materia întunecată și materia normală”, a spus Qian Yue, unul dintre cercetătorii care au efectuat studiul Phys.org. ” studiul și detectarea materiei întunecate pot contribui la extinderea modelului standard (SM) al fizicii particulelor și la extinderea cunoștințelor noastre despre univers.”

colaborarea CDEX efectuează căutări pentru materia întunecată ușoară de ceva timp, folosind un detector de germaniu de tip p de 10 kg instalat la laboratorul subteran China Jinping (Cjpl). CJPL este cea mai adâncă instalație de cercetare subterană din lume, cu o suprafață de rocă de 2400 de metri.

detectorul folosit de cercetători constă din trei șiruri de detectoare de germaniu cu trei elemente triple, înconjurate de cupru de 20 cm grosime, de înaltă puritate, fără oxigen, care acționează ca un scut pasiv împotriva radioactivității ambientale. Acest instrument este imersat direct în azot lichid pentru a menține temperaturi relativ reci.

„fotonii întunecați pot fi detectați experimental prin absorbția și conversia lor în electroni în detectoarele de germaniu într-un proces Analog efectului fotoelectric al fotonilor SM”, a explicat Yue. „Sursele intense de fotoni, de exemplu, soarele, oferă o platformă excelentă pentru a căuta fotoni întunecați. La o gamă de 100 eV, pragul redus de energie al detectoarelor de germaniu cu contact punctual este deosebit de potrivit pentru studiile fotonilor întunecați.”

în lucrarea lor recentă, Yue și colegii săi au analizat datele colectate folosind detectorul de la cjpl între februarie 2017 și August 2018, căutând fotoni întunecați solari și fotoni întunecați, doi candidați la materia întunecată. În timp ce cercetătorii nu au putut observa semnale care indică niciunul dintre acești candidați, au reușit să stabilească constrângeri asupra parametrului de amestecare cinetică eficientă între fotonii întunecați și fotonii SM.

„ca un candidat atractiv pentru materia întunecată și un nou posibil mediator de interacțiune între materia întunecată și materia normală, fotonul întunecat este atractiv pentru eforturi teoretice și experimentale suplimentare”, a spus Yue. „Munca noastră a cercetat un nou spațiu de parametri și a stabilit cele mai stricte limite pentru fotonii întunecați solari printre experimentele de detectare directă.”

studiul recent realizat de Yue și colegii săi oferă un nou feedback valoros care ar putea informa căutările viitoare pentru materia întunecată, în special pentru fotonii întunecați. Mai mult, munca lor consolidează interesul actual la nivel mondial în explorarea altor candidați la materia întunecată, depășind Wimp-urile și canalul lor de detectare a împrăștierii elastice cu nucleul.

„pentru a avansa în continuare căutarea materiei întunecate ușoare, vom reinstala matricea detectorului CDEX-10 într-un nou crio-rezervor de azot lichid mai mare, cu un volum de aproximativ 1700 m3 la sala-C a noului laborator CJPL-II în următorii doi ani, unde protecția împotriva radioactivității ambientale este asigurată de azotul lichid gros de 6 metri”, a spus Yue. „Detectoare suplimentare de germaniu, de până la aproximativ 100 kg, sunt planificate pentru desfășurare în crio-rezervor cu fundal redus și eficiență de detectare mai mare.”

mai multe informații: Z. ea și colab. Constrângeri directe de detectare a fotonilor întunecați cu experimentul CDEX-10 la Laboratorul subteran China Jinping, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.124.111301

informații jurnal: Scrisori de revizuire fizică

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.