Кредит зображення: Фермілаб
З першими даними з їх підземної обсерваторії в Північній Міннесоті вчені Кріогенного пошуку темної матерії з більшою чутливістю, ніж будь-коли раніше, заглядали в підозрюване царство WIMPS. Спостереження слабко взаємодіючих масових частинок могло б вирішити подвійну таємницю темної матерії в космічному масштабі та надсиметрії в субатомному масштабі.
Результат CDMS II, описаний у статті, поданій до листів фізичного огляду, з 90-відсотковою впевненістю показує, що швидкість взаємодії WIMP з масою 60 GeV повинна бути меншою 4 x 10-43 см2 або приблизно однією взаємодією кожні 25 днів на кілограм германію, матеріалу в детекторі експерименту. Цей результат розповідає дослідникам більше, ніж вони коли-небудь знали про WIMPS, якщо вони існують. Вимірювання детекторами CDMS II принаймні вчетверо більш чутливі, ніж найкращі попередні вимірювання, запропоновані експериментом EDELWEISS, підземним європейським експериментом поблизу Гренобля, Франція.
"Подумайте про цю покращену чутливість, як про новий телескоп з подвоєним діаметром і, таким чином, у чотири рази більше, ніж колекція світла будь-якого, що виходила перед ним", - сказав космоперспектор CDMS II Блас Кабрера зі Стенфордського університету. «Зараз ми можемо шукати сигнал, який є лише на чверть таким яскравим, як будь-який, який ми бачили раніше. Протягом наступних кількох років ми очікуємо покращення нашої чутливості в 20 чи більше разів ».
Результати представлені на квітневій нараді Американського фізичного товариства 3 і 4 травня в Денвері Гаррі Нельсон і аспірант Джоел Сандерс, обидва з Каліфорнійського університету-Санта-Барбара, а також Геншенг Ван і Шарміла Камат із Кейс Вестерн Університет заповідника.
"Ми знаємо, що ні наша Стандартна модель фізики частинок, ні наша модель космосу не є повною", - заявив речник CDMS II Бернар Садулет з Каліфорнійського університету в Берклі. «Цей конкретний пропущений фрагмент, здається, відповідає обом загадкам. Ми бачимо однакову форму з двох різних напрямків ».
WIMP, які не несуть ніякої зарядки, є дослідженням в суперечності. Хоча фізики очікують, що їхня кількість протонів у 100 разів більша за масу, їх примарна природа дозволяє їм проскочити звичайну матерію, залишаючи ледь сліду. Термін "слабо взаємодіючий" відноситься не до кількості енергії, що відкладається під час взаємодії з нормальною речовиною, а до того, що вони взаємодіють вкрай рідко. Насправді стільки мільярдів WIMP, можливо, протікали через ваше тіло, читаючи ці перші кілька речень.
З 48 науковців з 13 установ, а також з 28 інженерними, технічними та адміністративними співробітниками, CDMS II працює з фінансуванням Управління науки Міністерства енергетики США, відділів астрономії та фізики Національного наукового фонду та установ-членів. Національна прискорювальна лабораторія Фермі забезпечує управління проектами для CDMS II.
"Природа темної матерії є основою для нашого розуміння становлення та еволюції Всесвіту", - сказав доктор Реймонд Л. Орбах, директор відділу науки DOE. "Цей експеримент не міг досягти успіху без активної співпраці Офісу науки DOE та Національного наукового фонду".
Майкл Тернер, помічник директора з математики та фізичних наук ННФ, описав визначення ідентичності темної речовини як одного з найбільших викликів як у астрофізиці, так і у фізиці частинок.
"Темна матерія об'єднує всі структури у Всесвіті, включаючи наш власний Чумацький Шлях, і ми досі не знаємо, з чого складається темна речовина", - сказав Тернер. «Робоча гіпотеза полягає в тому, що це нова форма матерії, яка, якщо правильно, пролиє світло на внутрішні дії елементарних сил і частинок. Домагаючись вирішення цієї важливої головоломки, CDMS зараз знаходиться на чолі пакету, ще один ще коефіцієнт чутливості 20.
Темна матерія у Всесвіті виявляється завдяки її гравітаційним впливам на всіх космічних масштабах, від зростання структури в ранньому Всесвіті до стабільності галактик сьогодні. Космологічні дані з багатьох джерел підтверджують, що ця невидима темна речовина налічує більше семи разів більше кількості звичайної видимої речовини, що утворює зірки, планети та інші об’єкти у Всесвіті.
"Щось там сформувало галактики і тримає їх разом сьогодні, і воно ні випромінює, ні поглинає світло", - сказав Кабрера. "Маса зірок у галактиці становить лише 10 відсотків маси всієї галактики, тому зірки - як вогні ялинки, що прикрашають вітальню великого темного будинку".
Фізики також вважають, що WIMP можуть бути ще не поміченими субатомними частинками під назвою нейтраліно. Це було б свідченням для теорії суперсиметрії, що впроваджує інтригуючу нову фізику за межі сьогоднішньої стандартної моделі основних частинок і сил.
Суперсиметрія передбачає, що кожна відома частинка має суперсиметричний партнер із комплементарними властивостями, хоча жоден із цих партнерів досі не спостерігався. Однак багато моделей суперсиметрії передбачають, що найлегша суперсиметрична частинка, звана нейтраліно, має масу приблизно в 100 разів більше, ніж у протона.
"Теоретики придумали всі ці так звані" суперсиметричні партнери "відомих частинок, щоб пояснити проблеми на найменших масштабах відстані", - заявив Ден Акеріб із університету Кейс Вестер Резерв. "В одному з таких захоплюючих з'єднань дуже великого і дуже маленького, найлегший з цих суперпартнерів міг би бути відсутнім фрагментом головоломки для пояснення того, що ми спостерігаємо на самих великих масштабах відстані".
Команда CDMS II практикує "підземну астрономію", з детекторами частинок, розташованих майже за півмилі під земною поверхнею в колишній шахті заліза в Судані, штат Міннесота. 2,341 фута земної кори захищає космічні промені та фонові частинки, які вони утворюють. Детектори виготовлені з германію та кремнію, напівпровідникових кристалів з подібними властивостями. Детектори охолоджуються в межах однієї десятої частини абсолютного нуля, настільки холодно, що рух молекули стає незначним. Детектори одночасно вимірюють заряд і вібрацію, що виникають при взаємодії частинок у кристалах. WIMPS буде сигналізувати про свою присутність, вивільняючи менше заряду, ніж інші частинки, за однакову кількість вібрації.
"Наші детектори діють як телескоп, оснащений фільтрами, які дозволяють астрономам відрізняти один колір світла від іншого", - сказав керівник проекту CDMS II Дан Бауер з Фермілаба. "Тільки в нашому випадку ми намагаємося відфільтрувати звичайні частинки на користь WIMPS темної речовини".
Фізик граф Пітерсон з університету Міннесоти керує підземною лабораторією Содана, що також знаходиться в експерименті Фермілаба з довгими базовими нейтрино, головним пошуком коливань нейтрино головного інжектора.
"Я схвильований важливим новим результатом CDMS II, і вітаю співпрацю", - сказав Петерсон. «Мені приємно, що обладнання лабораторії« Судан »сприяли успіху CDMS II. І мені особливо приємно, що робота Фермілаба та Міннесотського університету над розширенням лабораторії Содана призвела до чудової нової фізики ».
Коли CDSMII здійснює пошук WIMP протягом наступних кількох років, буде виявлена або темна матерія нашого Всесвіту, або великий спектр суперсиметричних моделей буде виключений з можливості. Так чи інакше, експеримент CDMS II відіграватиме головну роль у просуванні нашого розуміння фізики частинок та космосу.
Співробітники CDMS II включають Університет Брауна, Університет Кейс Вестерн, Національну лабораторію прискорень Фермі, Національну лабораторію Лоуренса Берклі, Національний інститут стандартів і технологій, Університет Принстона, Університет Санта Клари, Університет Стенфорда, Каліфорнійський університет, Берклі Університет Каліфорнії-Санта-Барбари, Університет Колорадо в Денвері, Університет Флориди та Університет Міннесоти.
Фермілаб - національна лабораторія Управління наукових наук, яка працює за контрактом від University Research Research Association, Inc.
Оригінальне джерело: Новини Fermilab
