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探测器在寻找暗物质中闪耀

经过普渡大学|2015年8月21日

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该复合图像显示了由巨大的星系簇的剧烈碰撞形成的合并银河簇壳520的核心中的暗物质,星系和热气体的分布。蓝色区域定位了群体中大部分质量的位置,这是由暗物质主导的。暗物质是一种不可见的物质,可以构成大部分宇宙的群众。信用:美国宇航局,esa,cfht,cxo,m.j. jee(加州大学,戴维斯)和A. Mahdavi(旧金山州立大学)结果结果Xenon100实验是寻找暗物质的亮点。

该项目的国际科学家团队展示了他们的探测器的敏感性,并记录了挑战了几种暗物质模型以及深度问题的长期索赔。

详细说明结果将在即将到来的期刊上发表科学和物理评论信。

Rafael Lang表示,暗物质是宇宙中的一种丰富但被认为负责将银河系的引力保持在普通大学的物理学助理教授,普通大学的助理教授。

“我们的银河系像一个令人难以置信的快速旋转木马,如果不是为了引力拉动,那么星星,行星和其他物体就会在不同的方向上飞出,”他说。“当我们计算每个已知质量的重力时,它远远靠近足够的力来保持银河系。暗物质是弥补差异的东西。“

虽然团队没有检测到暗物质,但Xenon100探测器证明的能力令人鼓舞。Lang说,实验结果中所示的高灵敏度可以从需要限制分析的需要限制分析,从而释放分析。

“想象一下,在各种背景源的许多事件中寻找非常弱和难以捉摸的暗物质信号,”郎说。“这就像在干草堆里寻找针。虽然大多数实验都有一大堆干草,但我们的探测器是如此尖锐,背景是如此之低,我们的干草堆很小,我们可以轻松地看看每一块干草。我们不必挑选,选择我们评估的数据的哪一部分;我们可以看看每一个活动。这为我们打开了门,以便在意想不到的地方或我们没有考虑的形式找到暗物质的证据,这很好,因为没有人知道究竟是什么暗体问题。“

来自一个暗物质项目的科学家,名叫暗物质大型碘化钠批量用于罕见的过程,并称为Dama / Libra项目,声称在1998年检测到暗物质。

郎说,该团队观察了一个随着季节而随着季节而变化的信号,正如暗物上,因为地球周围的轨道变化了它穿过暗物质的速度,所以朗说。

但是,寻找暗物质的其他团队并没有观察到相同的信号。Dama / Libra团队建议其他群体可能对信号视而不见,因为暗物质以意想不到的方式与探测器的原子相互作用。有人建议暗物质可能是乳化的,这意味着它更喜欢与电子相互作用。

“Traditionally the ‘smoking gun’ signature of dark matter was considered to be scattering of dark matter particles on the nuclei of the atoms of the detector material,” said Joachim Kopp, a professor of theoretical elementary particle physics at Johannes Gutenberg University Mainz who is not a part of the XENON collaboration. “Indeed, this is what many well-motivated dark matter models, such as supersymmetry, predict. However, in recent years, we have begun to appreciate more and more the fact that dark matter could behave very differently in many ways.”

实验异常,如在DAMA / LIBRA项目中观察到的争议年度调制信号,不能通过原子核的传统暗物质散射来解释,但如果暗物质主要用电子散射,或者如果大多数在暗物质中释放的能量,则可以更容易地容纳他说,散射是光子的形式。

“很长一段时间,它被认为是不可行的,因为测试这种模型,因为暗物质颗粒对电子或光子的发射散射更难以区分放射性背景,”Kopp说。“Xenon100这样的液体贵瓦探测器现在正在为此努力设定新的金标。”

哥伦比亚大学博士大学博士研究员卢克·戈特扎克表示,Xenon100实验能够审查其他人不能因为达到的后台事件水平低。物理评论信。

“在Xenon100检测器中使用的材料和DAMA / Libra项目中使用的材料在电子配置方面非常相似,因此如果暗物质与一个人相互作用,则它将与另一方面几乎相同的方式相互作用,”他说。“然而,Xenon100探测器如此惊奇地敏感,即信号将更清晰。我们没有看到它,并鉴于我们目前的知识和对物理学的理解,因为我们没有看到它,没有办法解释神秘的信号作为乳糜暗物质。“

他说,虽然Xenon100数据没有显示与Dama / Libra项目的观察到相同的信号,但他说,数据确实显示了不同而微弱的年度调制。

“我们观察到的调制提出了一些问题,对我来说是惊心动魄的,”Goetzke说。“这意味着我们正在推动我们的理解的极限,这就是让物理研究乐趣的原因。我很高兴看到来自Xenon1T实验的第一个数据,这将远远超出Xenon100的已经惊人的结果。“

该实验是由世界各地22个机构的120个科学家的国际合作进行,由哥伦比亚大学天体物理学教授的Elena Aprile领导。

这秋季该团队将部署一个名为Xenon1t的下一代探测器,预计比Xenon100更敏感的100倍。她说,探测器本身将是较大的20倍,并包括一系列技术改进。

“从Xenon100结果,我们了解更多关于暗物质的更多信息,这是粒子物理领域中非常有价值的信息,”Aprile表示。“我们已经排除了最强烈的暗物质互动的模型,并且随着Xenon1t探测器,我们将能够测试具有较弱预期互动的人,并避免最虚弱的暗物质。这些实验的结果意味着,如果这是寻找暗物质签名的正确位置,我们应该能够看到它。“

Xenon100和Xenon1T实验的目标是捕获暗物质的签名,当它通过空间时流过地球。为了保护探测器可以从宇宙辐射中屏蔽可能会产生背景事件的宇宙辐射,它们位于意大利最大的地下实验室的意大利格兰萨索国家实验室的山下。

探测器使用贵族气体氙,在不锈钢容器中保持液体,屏蔽并埋在一英里的岩石下方。郎朗说,探测器配备有电子器件,可以检测氙内的任何地方产生的各个电子和光子。

氙气实验是120家科学家的合作,代表全球24个不同的民族和22个员工。此外,他说,大约60名研究生正在合作,他说。

参与机构包括:哥伦比亚大学;普渡大学;君瑞工业研究所;赖斯大学;加利福尼亚大学洛杉矶;加州大学圣地亚哥;芝加哥大学;Istituto nazionale di Fisica Unhare,意大利博洛尼亚;Istituto Nazionale di Fisica Unhare,Laboratori Nazionale del Gran Sasso,L'Aquila,意大利;Istituto nazionale di Fisica Unhite,意大利托里诺; University of Bologna, Italy; Johannes Gutenberg University, Mainz, Germany; Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg, Germany; University of Münster, Germany; University of Bern, Switzerland; University of Zürich, Switzerland; Nikhef & GRAPPA/University of Amsterdam, the Netherlands; Subatech, Nantes, France; Stockholm University, Sweden; Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel; NYU Abu Dhabi, United Arab Emirates; and the University of Coimbra, Portugal.

该实验得到了国家科学基金会,能源部,瑞士国家科学基金会,大众普通斯米尼斯州FürBildungund Forschung,Max Planck Gesellschaft,研究中心基础部队和数学基础,对物质基础研究的基础,Weizmann Oftinitute科学, Initial Training Network Invisibles, Fundacao para a Ciencia e a Tecnologia, Region des Pays de la Loire, Science and Technology Commission of Shanghai Municipality, National Natural Science Foundation of China, and Istituto Nazionale di Fisica Nucleare.


提交:航空航天+防御


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