最も正確な暗黒物質検出器が最初の結果をもたらします

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Anonim
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封じ込めのないキセノンカメラ

物理学者のXENON1Tコラボレーションは、新しい超高感度暗黒物質検出器からの最初のデータの処理を完了しました。 2017年1月のイタリア地震により、収集の第1段階は34日間続き、予定より早く終了しました。この間、検出器の感度が高いため、暗黒物質に関連する単一のイベントを検出することはできませんでした。 、1か月にわたって収集されたデータは、核による暗黒物質粒子の散乱の断面積の既存の上限を改善するのにすでに十分でした。記事のプレプリントはArxiv.orgのWebサイトで公開されています。

暗黒物質の概念は、前世紀の70年代に科学に根付いた。これは、銀河団内の銀河の異常な動きを説明する試みとして登場しました。観測によれば、クラスターの中心から離れた銀河は、一般相対性理論や他の理論によって予測されるよりもはるかに速い速度を持っています。一般相対性理論の予測に合わせて銀河の速度を「調整」するために、科学者たちは宇宙に新しい仮想物質を追加しました。これは、その質量のために、銀河の動きの性質を変えます。この物質は重力相互作用に関与しているものの、ガンマ線から電波までの観測可能な範囲では見ることができなかったため、暗黒物質と名付けられました。科学者たちは、観測可能な宇宙の暗黒物質の質量は、「通常の」物質の質量の約5倍であると推定しています。 「暗黒物質」という用語の由来について詳しくは、こちらをご覧ください。

暗黒物質は、通常の物質と非常に弱く相互作用する、弱く相互作用する巨大粒子(WIMP)と呼ばれる架空の粒子で構成されています。 2008年、DAMAコラボレーションは季節的なWIMP検出を発表しました。科学者たちはその結果を次のように説明しようとしました。太陽系は銀河中心の周りを移動し、地球は太陽の周りを移動するため、1年のさまざまな時期に、地球は銀河中心に対して平均速度よりも速くまたは遅く移動します。天の川。したがって、一方のケースでは、WIMPから「風」に向かって移動し、もう一方のケースでは、同じ方向に移動します。同時に、同じ期間に異なる数のWIMPが私たちを通り過ぎます。しかし、さらなる実験ではそのような結果を再現できませんでした。

2016年11月、この記事の執筆時点で最も正確な暗黒物質検出器であるXENON1Tが作業を開始しました。以前の検出器であるXENON100の改良版であり、前モデルと比較して、作動物質の質量が20倍に増加しています。インスタレーションは、イタリアのグランサッソ山の下の深さ1400メートルにあります。検出器自体は、-96°Cの温度と1.9バールの圧力で液体と気体のキセノンの混合物を約3.2トン含むシリンダーです。同時に、キセノンは、WIMPではない偶発的な粒子から設備を保護する水やその他のさまざまな材料のいくつかの層に囲まれています。

検出は次のとおりです。キセノン原子によって散乱されたWIMPは、光子を生成し、キセノンをイオン化する必要があります。外部電界の影響下でノックアウトされた電子は、液体を気体に残し、そこでシンチレーション信号を生成します。光子と電子の信号の特性を分析することで、WIMPイベントを、設備内に少量存在するキセノン同位体の崩壊やその他の寄生効果に関連するイベントと区別することができます。

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WIMPの散乱断面積とその質量をプロットします。黒いバーは、90%の確率で結果に対応します。グラフ上の点が緑色の帯に入る確率は1σで、黄色の帯に入る確率は-2σです。他の実験の結果は比較のために示されています。

核によるWIMP散乱に関連するイベントの最初のトリガー中に、施設は登録されませんでした。これにより、散乱断面積の上限推定値を取得できます(散乱断面積は粒子相互作用の確率を特徴付けることを思い出してください。断面積が大きいほど、確率が高くなります)。同時に、科学者は90%の信頼度でセクションの結果を取得しました。将来的には、コラボレーションはデータの収集と分析を継続し、最終的にWIMPをキャッチすることを望んでいます。

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