Teil des XENON-Experiments.Foto: Die XENON-Kollaboration
Ein Detektor entwickelt, um Jagd auf die dunkle Materie hat in der Teilchenphysik Beobachtung, die hoffentlich helfen, die Physiker schaffen wichtige Wahrheiten über unser Universum. Nein, es hat nicht spot-dunkle Materie, aber das neue Ergebnis beweist, dass diese ultra-empfindliche Detektoren sind wertvoll für Wissenschaftler aus mehreren Gründen.
Schwerkraft-Weise, das Universum verhält sich, als ob es enthält weit mehr Materie als die Astronomen haben tatsächlich erkannt, so die Physiker haben Experimente gebaut, um die Jagd für die Kandidaten für diese so genannte dunkle Materie. Die Jagd nach dem beliebtesten dunkle Materie Kandidat hat sich so weit gedreht, bis leer. Aber eines dunkle-Materie-Experimente, namens XENON1T, das hat nun beobachtet, ein Prozess, der vermieden hat mehrere Erkennungs versucht, eine, die wird hoffentlich dazu beitragen, Wissenschaftler besser verstehen, die schattenhaften Partikel genannt neutrino.
“Es beweist, dass das XENON-Detektor-Technologie, die wir verwenden für die dunkle Materie ist viel vielseitiger,” graduate student Christian Wittweg, Ph. D-student an der Universität Münster in Deutschland, sagte Gizmodo. “Wir bekommen alle diese tollen Analysen… kostenlos nach dem Aufbau ein experiment, das empfindlich genug, um die Jagd nach der dunklen Materie.”
Wissenschaftler sind ziemlich sicher, dass der zweite häufigsten Teilchen im Universum (nach Photonen, die Teilchen des Lichts) ist das neutrino. Aber neutrinos sind sehr schwer zu erkennen und zu Messen. Wir wissen, dass Sie Masse haben, aber nicht wissen, wie viel. Wir wissen, dass Sie ein Antiteilchen, eine Art bösen Zwilling, der bewirkt, dass beide Teilchen vernichten, wenn Sie sich treffen, aber nicht wissen, die Natur, die Antiteilchen. Es gibt eine Tonne von neutrino-Rätsel zu lösen. Die neue Messung, genannt “zwei-neutrino Doppel-elektroneneinfang,” ist ein wichtiger Baustein, um für diese Antworten.
Zwei-neutrino Doppel-elektroneneinfang ist eine äußerst seltene Partikel-Wechselwirkung wurde zuerst vermutet im Jahre 1955, und “Escape-Erkennung für Jahrzehnte”, so das Papier in Nature veröffentlicht. In den Prozess, zwei Protonen im Atomkern spontan und gleichzeitig absorbieren ein paar Elektronen Kreisen um den Kern, die Freigabe ein paar neutrinos. Die experimentelle Signatur des Ereignisses ist eine Flut von Röntgenstrahlen und Elektronen, die aus anderen Elektronen umkreisen das atom ersetzen die beiden absorbiert durch den Zellkern. Und wenn ich sage selten, ich meine selten. Die Durchschnittliche Zeit, die es dauern würde, die Hälfte der xenon-Atome in einer Probe zu Unterziehen, ist diese Reaktion von 1,8 × 1022 Jahren, so das Papier. Das ist ungefähr eine Billionen mal dem Alter des Universums.
XENON1T wird ein experiment perfekt ausgestattet, um zu Messen, dieses seltene Ereignis. Erstens enthält es einen Haufen von xenon-Atomen—3.2 Tonnen im Wert von liquid xenon (obwohl beachten Sie, dass das xenon-Isotop verwendet wird für diese Messung macht nur einen kleinen Bruchteil der Gesamt-xenon-Atomen). Zweitens, das ganze setup ist begraben tief in einem italienischen Berg, Abschirmung es von so ziemlich jedem Partikel, die verursachen könnten ein Falsches signal. Und schließlich, Wissenschaftler versteht so ziemlich jeder etwas Rauschen, könnten erzeugen ein signal im experiment, erhöhen Ihr Vertrauen, dass Sie haben tatsächlich etwas gefunden, wichtig, wenn eine anomale signal angezeigt wird.
Nach 214 Tagen zu beobachten (177 Tage nutzbare Daten), die Forscher, die Analyse ergab etwa 126 zwei-neutrino Doppel-Elektron-capture-Ereignisse.
Dies ist eine unglaubliche wissenschaftliche Leistung. “Es ist die längste Halbwertszeit jemals direkt gemessen,” Ph. D student Chiara Capelli von der Universität Zürich, arbeitet auf XENON erzählte Gizmodo
Forscher sind sich nicht aufrufen, Ihre Ergebnisse eine “Entdeckung”, weil Ihre Statistik nicht schlagen die fünf-Standardabweichung Schwelle Teilchenphysiker benötigen, um dieses Wort zu gebrauchen. Stattdessen, Sie nennen es eine “Beobachtung” als das Ergebnis trug eine Bedeutung 4.4 sigma. Das bedeutet, es gibt nur eine in ein paar hundert tausend die chance, dass Sie sehen würden, dieses Ergebnis hatte die Reaktion nicht existierte—aber es wird ein wenig mehr Beachtung zu bekommen, die man-in-3,5 Millionen Verschiedenheit erforderlich, die von Physikern zur Ankündigung einer Entdeckung.
Weiter werden Wissenschaftler die Jagd nach einem no-neutrino, oder den neutrinolosen Doppel-elektroneneinfang-ein noch seltener Fall, in dem, nach dem Doppel-neutrino electron-capture-Ereignis, die zwei neutrinos kollidieren und emittiert ein gamma-ray. Dies würde zeigen, dass neutrinos Ihre eigenen Antiteilchen sind, und würde es Wissenschaftlern ermöglichen, setzen Sie eine Zahl ein, um die neutrinos Masse. Es ist auch eine Kostenlose suchen, um eine Reaktion sogenannten neutrinolosen Doppel-beta-Zerfall—so in der Art wie das Gegenteil von dem neutrinolosen doppelten elektroneneinfang, bei dem zwei Neutronen, die spontan und gleichzeitig wiederum in Protonen, Elektronen emittierende und ein paar neutrinos, vernichten einander.
Wir wissen nicht, ob diese “neutrinolosen” Reaktionen würde wirklich passieren wird, aber es ist eine wichtige Frage, die Teilchenphysiker. Wenn neutrinos wirklich sind Ihre eigenen Antiteilchen, es würde helfen zu erklären, warum neutrinos so geringem Masse, und vielleicht, warum es so viel mehr Materie als Antimaterie im Universum.
Letztlich brauchen die Wissenschaftler mehr Beobachtungszeit. XENON wird bald ein upgrade auf XENONnT mit noch mehr Flüssigkeit xenon, mit denen die Wissenschaftler beobachten diese Ereignisse häufiger und zu beobachten neutrinolosen Ereignisse, die auch längere Halbwertszeiten, erklärt Laura Baudis, Professorin für Physik an der Universität Zürich.
Aber am wichtigsten ist, es ist der Beweis, dass diese Experimente sind empfindlich genug, dass Sie andere wichtige Messungen, die nicht nur die Jagd nach der dunklen Materie.
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