Det bedste sted at søge efter mørkt stof kan være Jordens indre

32

Næsten to dusin underjordiske laboratorier rundt om i verden, foret med kar af flydende eller blokke af metal og halvledere, forskere er på udkig efter spor af mørkt stof. Deres eksperimenter bliver sværere og sværere, og søgningen er alle præcis, men man har indtil videre ikke fundet direkte beviser for eksistensen af det mystiske stof, der udgør 84% af alt stof i Universet. Ifølge en ny undersøgelse, vi har brug for at Modne til det rod, der er endnu dybere.

Mørkt stof er forskellig fra den normale baryonisk stof — stof, der består af stjerner, galakser, hunde, mennesker og alt andet, der interagerer ikke med noget i nogen måde undtagen gennem tyngdekraften (og muligvis den svage kernekraft). Vi behøver ikke se det, men fysikerne er næsten sikker på, at det eksisterer, og som en billedhugger modellerer af galaksen på deres rejse gennem rummet.

For mange årtier foretrukket kandidater til mørkt stof-partikler, der har været en beskeden hypotetiske partikler — “skvattet” (WIMP), eller svagt vekselvirkende massive partikler. Mange eksperimenter, der forsøger at finde skvattet i fodsporene af deres sammenstød med almindeligt stof. I dette scenario, wimp har til at røre atomkerne via den svage kraft. Bange kernen vil hoppe og udsender energi i en eller anden form, et lysglimt eller en lydbølge. Påvisning af sådanne subtile fænomener kræver følsomme instrumenter, der normalt er placeret dybt under jorden. Dette er hovedsageligt fordi de værktøjer, der vil være beskyttet mod kosmiske stråler, der også kan forårsage en reaktion af kerner.

Efter et årti med at lede efter disse svage signaler, har forskerne fundet næsten ingenting. Og nu, et team af fysikere fra Polen, Sverige og USA foreslog en ny idé. De mener, at vi er nødt til at se på, germanium, og xenon scintillatorer i detektorer under jordens skorpe. De mener, at vi er nødt til at se på den meget jordskorpen. I annals of rock, og hvilke registreringer, der er omfattet af lag af historie i vores solsystem, vi kunne finde et fossile spor af forstyrret atomkerner frosne spor WIMPов.

“Vi er altid på udkig efter alternative metoder,” siger Katherine Freese, en teoretisk fysiker fra University of Michigan og har udviklet ideer, der har dannet grundlag af de tilgængelige detektorer.

Underground paleoplacer vil arbejde på samme måde som de moderne metoder til direkte påvisning. I stedet for at skulle til at udstyre laboratorium med en stor mængde af flydende eller metal til kontrol af udbrud WIMP i realtid, kan du lede efter forstenede spor af WIMP støde ind i atomkerner. Nogle kategorier af mineraler, der ville optage sådanne spor.

Hvis kerne hopper med tilstrækkelig energi, og hvis urolig atomer derefter finde sig selv dybt i jorden (for at beskytte prøve fra kosmiske stråler, hvilket kan forvirre data), spor af rebound kan opretholdes. Hvis så, derefter kan forskerne afdække de sten, tag det ud af lag af tid og udforske de begivenheder i fortiden, ved hjælp af avancerede metoder til nonvisualization, som atomic force mikroskopi. Det endelige resultat vil være spor fossiler: spor sauropoder under sin flugt fra rovdyr, kun i form af mørkt stof.

Små fodspor

For omkring fem år siden, Friz begyndte at lede efter ideer til nye typer af detektorer sammen med Andrzej Crociera, en fysiker fra Stockholms Universitet, der begyndte sin karriere med at studere påvisning af mørkt stof, før at gøre Biofysik. En af deres ideer, der blev udviklet sammen med biologen George Kirken, vare detektorer for mørkt stof, baseret på DNA og reaktioner af enzymer.

I 2015, Drukier gik til den russiske byer i Novosibirsk, til at arbejde på en prototype af en biologisk detektor, som vil blive placeret under jordens overflade. I Rusland lærte han af de brønde, der bores under den kolde krig, hvoraf nogle går til 12 km ned. Ingen kosmiske stråler ikke kan trænge så langt. Drukier var fascineret.

Den sædvanlige mørke stof detektorer er relativt store og meget følsom over for pludselige begivenheder. De udfører deres søgning inden for et par år, men for det meste søger WIMP signaler i realtid. Mineraler, men forholdsvis små og mindre følsomme over for forstyrrelser, der kan legemliggøre den søgning, som varede i flere hundrede millioner år.

“Disse stykker af sten, er hentet fra en meget, meget dyb kerner, næsten en milliard år,” siger Drukier. “Jo dybere du går, jo mere de bliver ældre. Ingen grund til at bygge detektoren. Detektor er allerede i jorden.”

Men jorden har sine egne problemer. Planeten er fuld af radioaktivt uran, som producerer neutroner som de forfalder. Disse neutroner kan også løsne kernen. Frise siger, at det oprindelige arbejde af forskere, der beskriver palaeodietary, ikke, at støj, der genereres af henfald af uran, men en masse kommentarer fra andre interesserede forskere tvunget dem til at gå tilbage og revidere dokumentet. Holdet har brugt to måneder på at studere de tusindvis af mineraler, for at forstå, hvilke af dem er isoleret fra henfald af uran. De hævder, at den bedste palaeodietary vil bestå af marine evaporiter — det væsentlige, rock salt eller sten, der indeholder meget lidt silica, som er kaldet ultra-grundlæggende sten. Hertil kommer, at de er på udkig efter mineraler, der indeholder en masse af brint, fordi brint effektivt blokerer for neutroner, der opstår fra henfald af uran.

Søger efter spor i jorden, der kunne føre til, at de lav-masse winam, sagde spore Slatyer, en teoretisk fysiker fra mit, som ikke deltog i forskningen.

“Er du på udkig efter en kerne, der ikke synes at være nogen grund til at hoppe, men skal hoppe på et bestemt værdi, for at blive bemærket. Hvis bolden ping-pong bord vil kollidere med bowling kugle, du vil ikke mærke meget af de sidste offset — hvis du ikke er i stand til at registrere de mindste ændringer i, flytning af bowling kugle”.

Den mest komplekse eksperiment

Arbejde i området vil være vanskeligt. Undersøgelser blev gennemført dybt under jorden, hvor de centrale prøver er beskyttet mod kosmisk og sol stråling. Og til bevis for, rastolchennyh kerner vil kræve moderne metoder af nonvisualization.

Ifølge Slater, selv om WIMP vil efterlade et synligt ar, det største problem i paleoglacial er bevis på, at fossile fodspor er virkelig født med en mørk stof-partikel. Forskere er nødt til at bruge en masse tid på at overbevise mig selv om, at samspillet med kerner er ikke en opgave for neutroner, neutrinoer, Solen eller noget andet.

“Jeg bliver nødt til at droppe helt dybt for at beskytte sig mod de kosmiske stråler. Men det er ikke et laboratorium. Dette er ikke kontrollerede forhold. Du må ikke kender den fulde historie af sten indlån. Selv hvis du finder et signal om, at det vil tage en masse mere arbejde at sørge for, at du ikke kan se nogen baggrund.”

Drukier og Friz mener, at styrken af paleodictyon kan være i tal. Rock indeholder mange mineraler, som hver indeholder en atomkerne, hvilket hoppe fra plyndrende winow. Derfor forskellige elementer vil tjene forskellige detektorer, men de vil alle være lukket inde i en single core prøve. I fremtiden, paleoplacer kunne endda give et billede af vinah i tiden, lige som fossiler tillade palæontologer at rekonstruere historien om livet på Jorden.

Ifølge Slater lang krønike kunne tilbyde et unikt perspektiv på halo af mørkt stof i mælkevejen, en usynlig sky af materiale, hvorigennem passerer Jorden, når solsystemet gør dens bevægelse langs den bane, der i 250 millioner år omkring det galaktiske center. Forståelse af fordelingen af mørkt stof halo af mælkevejen kan give en idé om den fysiske adfærd, siger Slater. Måske vil det også vise, om mørkt stof kan interagere på måder, der rækker ud over tyngdekraften.

“Det er her, at teori og modellering er under aktiv udvikling,” siger hun. “Kan vi finde mørkt stof”, spørger Drukier. “Jeg har brugt fem og tredive år i sin søgen. Dette er sandsynligvis den mest komplekse eksperiment i verden, så vi er måske ikke så heldige. Men det er cool.”

Jeg vil finde ud af en dag? Fortæl os i vores chat i Telegrammet.