Karanlık madde arayışı ilgi çekicidir. Kelimenin tam anlamıyla, karanlıkta bir kurşun. Bilim adamları bundan emin olsalar da karanlık madde Var – çünkü evrendeki tüm normal maddeler galaksilerin nasıl bir arada durduklarını açıklayamıyor – ne olduğunu bilmiyorlar. Ayrıca nerede olduğunu da bilmiyorlar (bazı fikirleri olmasına rağmen). Neye benzediğini kesinlikle bilmiyorlar.
Bununla birlikte, fizik camiası bu yakalanması zor parçacıkları araştırmaya hevesli çünkü evrenimizin karanlık tarafı dikkate alındığında, evrenimizin endişe verici bir şekilde %95’ini temsil ediyor. karanlık enerjiuzayın genişlemesini hızlandıran görünmez güç.
Ancak, neyi analiz edeceğini gerçekten bilmeden bir şey nasıl analiz edilir? Bir yol var. Henüz karanlık maddenin ne olduğunu bilmesek de, bilim insanları onun ne olmadığını yavaş yavaş keşfedebilirler.
Bu, kendini araştırmaya adamış birkaç araştırmacının yakın zamanda Minnesota’daki bir madenin derinliklerine gömülü bir detektör tarafından yakalanan verileri inceleyerek yaptığı şeydi. Karanlık maddeye dair kanıt bulamamış olsalar da, bir gün bu fenomeni tespit etmek için şimdiye kadarki en dar sınırlardan birini belirlediklerini söylüyorlar. sonuçlarının tam bir taslağı vardı yayınlanan Haziran ayında Physical Review D.
Northwestern Üniversitesi’nde çalışmanın ortak yazarı ve doktora sonrası araştırmacısı Daniel Jardine, Space.com’a “Her şey bilimdeki zihniyetle ilgili, boş bir sonucun pozitif bir sonuç kadar etkili olabileceği bir yer,” dedi. “Açıkçası, karanlık maddeyi bulmak harikaydı, ancak karanlık madde parametre uzayından yeni bir dilim kesebildik.”
İlgili: “Gizli” fotonlar gizemli karanlık maddeye ışık tutabilir
Bu son keşifler, Jardin’in de üyesi olduğu Süper Kriyojenik Karanlık Madde Arama (SuperCDMS) işbirliğiyle ilgili.
Kısaca ifade etmek gerekirse ekip, deneysel SuperCDMS dedektörünün artık karanlık madde parçacıklarını hariç tutabileceği sonucuna vardı. yaklaşık olarak Bir protonun kütlesinin yaklaşık beşte biri ve muhtemelen daha az kütle.
Jardine, “Bilinmeyeni kovalamayı her zaman sevmişimdir ve bu olabildiğince büyük,” dedi. “Kariyerim beni buraya getirdiği için çok mutluyum ve ne kadar kısa olursa olsun, diğer denemeler kaçınılmaz olarak yetişene kadar bu sonucun dünyanın en iyisi olduğunu her zaman söyleyebilirim.”
Bekle, SuperCDMS nedir?
SuperCDMS işbirliği, karanlık madde parçacıklarının kanıtlarını yakalamak için SuperCDMS olarak da adlandırılan bir deney üzerinde çalışıyor.
Bu deney, esas olarak, bir karanlık madde parçacığının (ne olursa olsun) dedektörlerin içine gömülü malzemelerin, özellikle de germanyum veya silikonun atom çekirdeği ile çarpıp çarpmadığını ve ne zaman çarpışacağını belirleyebilen dedektörlerin gücünden yararlanır.
Jardine, “Küçüklüğümden beri uzayla ilgileniyorum çünkü uzay dünyadaki her şeyi çok küçük ve önemsiz gösteriyor” dedi. “Sonra karanlık maddeyi öğrendim ve gece gökyüzünde gördüğümüz tüm yıldızların, galaksilerin ve nesnelerin evrenin %5’inden azını oluşturduğuna inanamadım.”
Biraz daha teknik hale gelen SuperCDMS, bu karanlık madde parçacıklarının “elastik çarpışmalar” olarak bilinen olaylara dahil olup olmadığını belirleyebilir. Olsaydı, karanlık madde parçacığı tarafından parçalandığında kaybolan enerji, etkilenen atom çekirdeğinin hareketine aktarılırdı. Buna karşılık, iki bit geri dönecektir.
SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’nda bir bilim adamı olan çalışmanın ortak yazarı Noah Korinsky, iki bilardo topunun masanın üzerinde hafifçe geriye doğru sekmesi için birbirine çarpması gibi olacağını söylüyor.
Ama olay şu.
Görünüşe göre SuperCDMS henüz herhangi bir esnek çarpışma bulamadı – Jardin’e göre, şimdiye kadar duymuş olurduk çünkü böyle bir keşif muhtemelen bir Nobel Ödülü kazanacaktı. Ancak, aralarında Southern Methodist Üniversitesi’nde araştırma görevlisi olan Rob Calkins’in de bulunduğu bu araştırma ekibi merak uyandıran bir soruyla ortaya çıktı.
Ya SuperCDMS bunca zamandır kimsenin aramadığı başka bir çarpışma türü yakalarsa? Özellikle esnek olmayan çarpışmalar.
Bu yeni bulgular göz önüne alındığında, kesinlikle bir şeylerin peşindeydiler.
Jardine, “Elastik çarpışmaları aramak, SuperCDMS’nin ana itici gücü olmaya devam ediyor, ancak esnek olmayan çarpışmalara bakmak, deneyin daha önce duyarsız olduğu bir karanlık madde parametre alanı için bir yol açtı.”
Esnek olmayan karanlık maddenin olası bir çarpışmasının işe yaramasının iki yolu vardır. Ekibe göre ilki, adı verilen bir şeyle ilgili. Bremsstrahlung radyasyonu. Dedektörde, bu tür esnek olmayan çarpışma meydana gelirse, karanlık madde parçacığı, bilardo topu örneğindeki gibi sadece sekmek yerine enerjisinin bir kısmını hafif bir parçacığa veya fotona aktaracaktır.
Öte yandan, elastik olmayan bir çarpışma denilen bir şey aracılığıyla meydana gelebilir. midgall etkisi. Bu salıverme gerçekleşirse, çekirdeğe çarpan bir karanlık madde parçacığı, çekirdeğin konumunun dışına çıkmasına neden olarak elektron bulutunun dağılımını bozabilir. Orijinal yerlerine döndüklerinde, bu akan elektronların bir kısmı dışarı atılacaktır.
Aşırı basitleştirme riski altında, bu, ekibin ya uçan bir fotonun ya da yalnız bir elektronik hardcore’un SuperCDMS sinyallerini aradığı anlamına gelir.
Jardine, “Saymak kadar kolay değildi,” dedi. “Bu analiz, sinyalin güç profilini ve bilinen birkaç arka plan kaynağını modellemek için spektral şekilleri kullandı.”
Ve tüm bunlardan sonra, arama boş çıktı – ama hikaye burada bitmedi.
Jardin devam etti, “Sonra şu soruyu cevaplamak için istatistikleri kullandık: Sinyali bilinen arka plana karşı görme olasılığımız nedir? Bu soru yüzbinlerce kez tekrarlanıyor ve sinyali görmemiz gereken ama göremediğimiz parametre alanını dışarıda bırakıyoruz.
Her zaman bir gümüş astar vardır
Jardine, “Her saniye sizden geçen yaklaşık bir milyar karanlık madde parçacığı var, ancak bunlar o kadar nadiren etkileşime giriyor ki anlayamıyorsunuz” dedi. “Milyar milyar milyar milyarda 1 etkileşim fırsatı arıyoruz.”
Bu altın bilet bulunmamasına rağmen, diğer hazine türleri gün ışığına çıktı.
Her şeyden önce, SuperCDMS sinyalleri üzerindeki tüm bu istatistiksel çalışmalar, ekibe karanlık madde parçacıkları için potansiyel düşük kütle limitleri hakkındaki sonuçlarını sağladı.
“Elastik çarpışmalar için SuperCDMS kadar düşük karanlık madde kütlesine duyarlı olmayan başka bir karanlık madde deneyi, erişimini genişleten ve oyun alanını düzleştiren benzer bir analiz yayınladı. Bunu okurken, eğer kullanırsak ne kadar aşağı gidebileceğimizi merak ettik. aynı yöntem,” dedi Jardine.
Ek olarak, ekibin “analizlere daha karmaşık istatistikler ve Dünya ile etkileşimlerin dahil edilmesi gibi daha fazlasını eklediğini” açıkladı.
Evet, Dünya
Belki daha da etkileyici olan, ekibin her şeyi hesaba katma şeklidir. YerUzaydaki konumu, bu karanlık madde sinyallerini etkileyebilir.
Gösterdikleri gibi, eğer karanlık madde nesnelerle yeterince güçlü bir şekilde etkileşime giriyorsa, küçük yer altı Dünya dedektörlerimize giden yolda muhtemelen kelimenin tam anlamıyla her şeyle etkileşime giriyor. Etkileşim için olgunlaşmış şeylerden biri de gezegenimizin atmosferidir.
Ekip, eğer bir karanlık madde parçacığı atmosferimizle etkileşime girerse, biz onun sinyalini aldığımızda bu gezegen kalkanının parçacığın enerjisinin bir kısmını almış olacağını düşündü.
Jardine, “Karanlık maddenin galaksinin etrafındaki büyük bir topta aşağı yukarı her yerde bulunduğu düşünülüyor.” Dedi. Güneş sistemimiz sarmal bir kolda Samanyolu Yani dünya güneşin etrafında döner ve dünya kendi ekseni etrafında döner. Bu astronomik hareket, Dünya’nın bir karanlık madde parçacıkları denizinden geçtiği anlamına geliyor, ancak bizim bakış açımızdan, karanlık madde parçacıkları sürekli olarak Dünya’yı ve dedektörlerimizi bombalıyor gibi görünüyor.”
Bu nedenle, araştırmacılar, bu etkileşimli karanlık madde parçacıklarının geçebileceği bir üst enerji sınırı olabileceğini fark ettiler – eğer bunlar reaktifse, yani.
Dünya atmosferinin yoğunluğu gibi şeyleri modelleyerek, SuperCDMS’nin gömüldüğü Minnesota madeninin üzerinde ne tür kayaların olduğunu ve tonlarca başka değişkeni bulmak için jeologlarla birlikte çalışarak, üst karanlık madde enerji sınırını çoktan keşfettiler.
Jardine, “Bazı verilere bir satır uydurduğunuzda, iki parametre vardır: regresyon ve kesişme” dedi. “Bu analizde, aynı anda 50’den fazla uygunluk kriterimiz vardı.”
Sırada ne olduğuna gelince, Jardine bu Sherlock Holmes tarzı kesintinin devam edeceğini söylüyor. Ve bunlardan herhangi biri aklınıza gelirse, takım skorlarına her şeyi perspektife oturtan görsel bir bakış açısını vurgulayın.
“Bu sonuç – siyah çizgiler – diğerlerinin daha önce erişmediği bazı yeni parametre alanlarını dışarıda bırakıyor, ancak solda çok daha fazla açık alan var, yukarı ve aşağı daha az blok var, bu da etkileşim için daha az fırsatı temsil ediyor” dedi. . Bunları araştırmak giderek zorlaşıyor, ancak karanlık madde fizikçileri akıllı.
Bu karanlık madde avcıları kesinlikle yıldızlara ulaştılar ve aya yumuşak bir şekilde inmeyi başardılar.
“Pop kültürkolik. Web nerd. Sadık sosyal medya uygulayıcısı. Seyahat fanatiği. Yaratıcı. Yemek gurusu.”
More Stories
Yeni çalışma, T.Rex hakkında yine yanılmış olabileceğimizi söylüyor: ScienceAlert
Esaret altındaki papağanlar arkadaşlarıyla Messenger’da görüntülü sohbet etmekten hoşlanıyor gibi görünüyor
Bilim insanları Colorado’da yeni bir memeli türü keşfetti