Im inneren des Detektors (Bild: Christopher Tunnell/die XENON-Kollaboration)
Rund achtzig Prozent der Materie haben die Wissenschaftler festgestellt, in der das Universum aus etwas, was wir nicht fühlen oder sehen. Es ist eine scheinbar enorme Menge an Masse, deren Schwerkraft beugt sich andere stars’ Licht und lässt Galaxien spin seltsam. Und die Wissenschaftler wirklich, wirklich wissen wollen, was diese so genannte dunkle Materie ist.
Aber wie wollen Sie erkennen etwas, das Sie nicht sehen oder fühlen? Wenn die dunkle Materie ist ein winziges Teilchen, so viele Theorien, Vorhersagen, dann ist die Lösung Riesen Bottich von flüssigem xenon, ein element, das in der Regel ein gas bei Raumtemperatur, tief in Bergwerksstollen oder in die Berge. Und die größte funktionierende Mehrwertsteuer, ein experiment namens XENON1T-begraben unter einem Berg in Gran Sasso, Italien, hat kürzlich erste Ergebnisse. Es gibt noch immer keine Spur der dunklen Materie—aber niemand die Hoffnung zu verlieren doch.
“Ich denke, das spannendste ist die Tatsache, dass der Detektor arbeitet wie wir es erwarten,” Laura Baudis, Professorin am Physik Institut der Universität Zürich sagte Gizmodo.
Aber warum vats of liquid xenon? Jetzt haben Physiker zwingende Gründe zu glauben, dass die dunkle Materie sollte sein, eine Art von Teilchenbeschleuniger, der interagiert nur sehr schwach mit dem Kern der regelmäßigen-Materie-Atome. Die Physiker hoffen, dass diese Partikel schlagen die flüssig-xenon-Kerne, Herstellung von Licht-Teilchen oder klopfen ein Elektron. Die Zeit zwischen der ersten photon-signal von dem Schlag und ein weiteres photon-signal von einem veröffentlicht Elektronen-Migration aus dem experiment bestimmt, wo in der Kammer der dunklen Materie aufgefallen wäre. Photomultiplier verstärkt das signal und es zeigt sich ein blip oben etwas über den hintergrund eines Diagramms.
Geheimnisvolle Dunkle Materie Bleibt Maddeningly Schwer
Die Jagd nach der schwer fassbaren dunklen Materie erhielt noch ein weiterer Schlag heute früh bei einem internationalen…
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Leute bei XENON1T sind nicht allzu besorgt über das fehlen einer Erkennung nur noch Ihre Ergebnisse, heute veröffentlicht auf dem Physik arXiv preprint-server, die waren nur etwa einen Monat im Wert von Daten. Wenn du eine große Schüssel geben, in Ihrem Garten und wartete darauf, meteor, ihn zu treffen, würde man nicht sagen “Meteore nicht existieren”, nur weil Sie noch nicht gefangen in einem Monat. Vor allem, wenn, im Fall der dunklen Materie, die Meteore hindurch-die Schüssel und der einzige Weg, um zu erkennen, dass Sie erwischt habe ist man durch ein leises kurzes Aufflackern des Lichts könnte es zu verlassen auf eine Kamera.
Das ist im Grunde das, was diese Art Physik-Experimente machen. Nachdem Wissenschaftler haben bewiesen, dass es keine dunkle Materie an der Masse, nachweisbar durch das experiment Betriebs-Empfindlichkeit (das dauert meist ein paar Jahre) Sie bewegen sich auf empfindlicher (sprich: größere) – Detektoren. Größere Experimente, die die Chancen erhöhen, tatsächlich etwas erkennen, und das bedeutet mehr xenon.
“Jeder ist fokussiert auf das nächste experiment gebaut. Es ist schwer zu gewinnen, gegen jemanden, dessen Detektor ist 3-4 mal größer als deiner.”
“Jedes mal, wenn wir unseren Detektor mehr oder es größer machen, wir sind Auslotung der parameter Raum,” Christopher Tunnell, fellow am Kavli Institute for Cosmological Physics an der University of Chicago, sagte Gizmodo. “Du bist in der Lage zu sagen, dunkler Materie ist das nicht, oder es ist es nicht.”
Sie Wundern sich wahrscheinlich, wenn diese Detektoren sind so empfindlich, wie Sie wissen, Sie haben getupft, dunkle Materie und nicht etwas anderes? University of California, San Diego XENON1T-Sprecher Kaixuan Ni erklärte mir, dass die Strahlung kommt von überall her und verursachen ein signal im Detektor, so XENON1T ist begraben tief unter der Erde draußen zu halten streunenden Partikel aus dem Weltraum. Die Wissenschaftler haben auch zu lernen, was natürlich vorkommenden Atome von radioaktiven Elementen könnte so Aussehen wie in den Detektor, so dass Sie schneiden können alle diese Signale, die während der Analyse der Daten. XENON1T wird auch abgeschirmt durch Wasser, und seine neuesten Ergebnisse umfassen nur Daten, die aus der Mitte des Detektors, mit den äußeren Schichten von XENON als zusätzliche Abschirmung.
Dies ist seit langem der Weg, Physiker langsam wurde die Entscheidung aus den möglichen Eigenschaften, die Teilchen der dunklen Materie gehabt haben. XENON1T steht für ” XENON 1 Tonne, denn es enthält eine Tonne (na ja, eigentlich ein wenig mehr als drei Tonnen) von flüssigem xenon. Früher nannte man das XENON100-Experiment, und bevor das XENON10. Konkurrierende Detektoren sind auf der Suche nach dunkler Materie-Teilchen, der in ähnlicher Weise—der Große Unterirdische Xenon-experiment (LUX) beendet seine Suche nach dunkler Materie, ohne ein Teilchen zu zeigen, für die es letzten Sommer, und ist derzeit die Aktualisierung auf “LZ.” Dann gibt es PandaX (wieder eine MwSt-xenon) und andere, die einen anderen Edelgas, argon. Diese edlen Gase verwendet werden, da Sie loslassen, Licht und Elektronen, wenn Sie schmeckten, nach einem Artikel in der Symmetrie-Magazin.
Leute aus der LUX/LZ experiment und andere, die außerhalb der Physik-community die Aufmerksamkeit auf die Konkurrenz. XENON ist als Erster aus dem gate, der neuesten iteration dieser Experimente. “Dies ist die nächste generation kommen, die aus Ihrer kindheit in gewissem Sinne,” Bob Jacobsen, Physiker an der University of California, Berkeley, tätig auf LUX und LZ, sagte Gizmodo. “Sie sind nicht nur zu zeigen, dass die photomultiplier-Röhren arbeiten, aber tatsächlich tun der Physik.” Und während Sie sprechen nicht im Namen des LZ, Jacobsen sagte, der Druck ist sicherlich auf, jetzt. “Jeder ist fokussiert auf das nächste experiment gebaut. Es ist schwer zu gewinnen, gegen jemanden, dessen Detektor ist 3-4 mal größer als deiner.”
Andere dachten, dass die neuen Ergebnisse nicht ein großer Sprung, noch. Kathryn Zurek, theoretischer Physiker am Lawrence Berkeley National Laboratory in Kalifornien, erzählte mir, dass XENON1T die Ergebnisse nur knapp schob der Vergangenheit im letzten Jahr ist LUX Ergebnisse, die ausgeschlossen dunkle-Materie-Teilchen innerhalb eines bestimmten Masse-Bereich. Sie hat darauf hingewiesen, dass diese schwach-wechselwirkende dunkle-Materie-Detektoren sind jetzt im “Produktions-Modus” tuckern entlang auf der Suche nach hinweisen von Teilchen.
Aber, wie bei der “Konkurrenz” ATLAS und CMS-Experimente am Large Hadron Collider, die gemeinsam das Higgs-boson entdeckt, es ist wichtig, einige unabhängige überprüfung i n den Fall einer Entdeckung. “Wir brauchen noch zwei versuche”, sagte Ni. “Wenn XENON1T entdeckt dunkle-Materie-Signale, dann LZ bestätigen können.”
Als diese Experimente werden immer größer, die Leute beginnen zu fühlen, den Druck von dem, was passieren könnte, sollten wir nicht entdecken Sie die dunkle Materie. “Sie können nicht für immer”, sagte Tunnell. “Sie Fragen sich, ob vielleicht die dunkle Materie ist Verschieden von dem, was Sie erwarten, es zu sein.” In anderen Worten, nicht eine schwach-wechselwirkende Teilchen. Wissenschaftler sind nicht auf dieser Ebene noch, sagte Baudis, und arbeiten in Richtung der ultimativen dunkle-Materie-Detektor, genannt DARWIN. Aber wenn diese Experimente Holen Sie sensibel genug ist, die winzigen Teilchen, die von der Sonne und den Weltraum als “neutrinos” beginnen zu drehen, als zuvor in den Detektor, dann wäre es an der Zeit, das Handtuch werfen. “Wenn wir nicht gesehen, jede dunkle Materie [durch], dann, dann wäre es zu viele neutrinos”, sagte Sie. Es ist nicht schwer, cutoff, sagte Zurek, aber es würde eine ganze Menge mehr xenon jagen für ein leichtes dunkle-Materie-Teilchen Wechselwirkung in die neutrino-Meer.
“Die Frage ist also, sich nach LZ aufgebaut ist: wir bauen eine neue generation von Experimenten?”, fragte Zurek. “Jetzt reden wir über Mengen xenon immer eine nicht-triviale Bruchteil der Welt liefern.”
In diesem Fall, die Wissenschaftler brauchen würde, um die Jagd nach dunkler Materie in unterschiedlicher Weise. Dies ist etwas, was Wissenschaftler bereits diskutiert, sagte Zurek.
Aber wir sind nicht dort nur noch die aktuellen xenon-Bottiche werden bei der Jagd im “sweet spot”, wo schwach-wechselwirkende dunkle Materie könnte die Kommunikation mit unserer Experimente über Teilchen die wir kennen und erkennen können. So jetzt ist die Jagd auf. Sagte Baudis: “Wir haben einfach keine Möglichkeit zu wissen, bis wir Aussehen.”
[arXiv]