Görsel hakları: Fermilab
Kuzey Minnesota'daki yeraltı gözlemevlerinden ilk verilerle, Kriyojenik Karanlık Madde Araması bilim adamları WIMPS'in şüpheli alanına her zamankinden daha fazla hassasiyetle baktılar. Zayıf Etkileşen Masif Parçacıkların görülmesi, kozmik ölçekte karanlık maddenin ve süpatomik ölçekte süpersimetrinin çifte gizemini çözebilir.
Fiziksel İnceleme Mektuplarına gönderilen bir makalede açıklanan CDMS II sonucu, yüzde 90 kesinlikte, bir WIMP'nin 60 GeV kütlesi ile etkileşim oranının kilogram başına 25 günde bir 4 x 10-43 cm2 veya yaklaşık bir etkileşim olması gerektiğini gösterir. Germanyum, deneyin detektöründeki malzeme. Bu sonuç araştırmacılara, eğer varsa, WIMPS hakkında daha önce bildiklerinden daha fazlasını anlatır. CDMS II dedektörlerinden gelen ölçümler, Grenoble, Fransa yakınlarındaki bir yeraltı Avrupa deneyi olan EDELWEISS denemesinin sunduğu en iyi önceki ölçümden en az dört kat daha hassastır.
Stanford Üniversitesi'nden CDMS II sözcüsü Blas Cabrera, “Bu gelişmiş hassasiyeti, iki katı çaplı yeni bir teleskop gibi düşünün ve ondan önce gelenlerin dört kat daha hafif koleksiyonunu düşünün” dedi. “Artık daha önce gördüğümüz kadar dörtte biri kadar parlak bir sinyal arayabiliyoruz. Önümüzdeki birkaç yıl içinde duyarlılığımızı 20 veya daha fazla artırmayı umuyoruz. ”
Sonuçlar 3 ve 4 Mayıs'ta Denver'daki Amerikan Fizik Derneği Nisan Toplantısında Harry Nelson ve her ikisi de California-Santa Barbara Üniversitesi'nden lisansüstü öğrenci Joel Sanders ve Gensheng Wang ve Case Western'den Sharmila Kamat tarafından sunuluyor. Rezerv Üniversitesi.
Berkeley'deki California Üniversitesi'nden CDMS II sözcüsü Bernard Sadoulet, “Standart parçacık fiziğimizin ne de evren modelimizin tamamlandığını biliyoruz” dedi. “Bu eksik parça her iki bulmacayı da uyuyor gibi görünüyor. Aynı şekli iki farklı yönden görüyoruz. ”
Hiçbir ücret taşımayan WIMP'ler çelişkilerle ilgili bir çalışmadır. Fizikçiler proton kütlesinin yaklaşık 100 katına sahip olmalarını beklerken, hayalet yapıları sıradan maddelerden geçmelerine izin vermiyor. "Zayıf etkileşen" terimi, normal madde ile etkileşime girdiklerinde biriken enerji miktarını değil, çok nadiren etkileştiklerini ifade eder. Aslında, bu ilk birkaç cümleyi okurken yüz milyar WIMP kadar vücudunuzdan akmış olabilir.
13 kurumdan 48 bilim insanının yanı sıra 28 mühendislik, teknik ve idari personelden oluşan CDMS II, ABD Enerji Dairesi, Ulusal Bilim Vakfı'nın Astronomi ve Fizik Bölümleri ve üye kurumların finansmanı ile faaliyet göstermektedir. DOE’nin Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı CDMS II için proje yönetimi sağlar.
DOE Bilim Ofisi Direktörü Dr. Raymond L. Orbach, “Karanlık maddenin doğası, evrenin oluşumu ve evrimi hakkındaki anlayışımız için esastır” dedi. “Bu deney, DOE'nin Bilim Ofisi ve Ulusal Bilim Vakfı'nın aktif işbirliği olmadan başarılı olamazdı.”
NSF Matematik ve Fizik Bilimleri Direktör Yardımcısı Michael Turner, karanlık maddenin bileşenini hem astrofizik hem de parçacık fiziğindeki büyük zorluklardan biri olarak tanımladı.
“Karanlık madde, kendi Samanyolu'muz da dahil olmak üzere evrendeki tüm yapıları bir arada tutar ve karanlık maddenin neden yapıldığını hala bilmiyoruz,” dedi Turner. “Çalışma hipotezi, yeni bir madde biçimi olduğudur - eğer doğru ise temel kuvvetlerin ve parçacıkların iç işleyişine ışık tutacaktır. Bu önemli bulmacanın çözümünü takip ederken, CDMS şu anda paketin başında ve hassasiyette 20 faktör daha var. ”
Evrendeki karanlık madde, erken evrendeki yapının büyümesinden günümüzdeki galaksilerin istikrarına kadar tüm kozmik ölçekler üzerindeki yerçekimi etkileri ile tespit edilir. Birçok kaynaktan gelen kozmolojik veriler, bu görünmeyen karanlık maddenin, evrendeki yıldızları, gezegenleri ve diğer nesneleri oluşturan sıradan görünür maddenin miktarının yedi katından fazla olduğunu doğrulamaktadır.
Cabrera, “Orada bir şey galaksileri oluşturdu ve onları bugün bir arada tutuyor ve ışık yaymıyor ya da emmiyor” dedi. “Bir galaksideki yıldızların kütlesi, tüm galaksinin kütlesinin sadece yüzde 10'udur, bu nedenle yıldızlar, büyük bir karanlık evin oturma odasını süsleyen Noel ağacı ışıkları gibidir.”
Fizikçiler ayrıca WIMP'lerin nötrino adı verilen henüz gözlemlenmemiş atomaltı parçacıklar olabileceğine inanıyorlar. Bunlar, süpersimetri teorisi için günümüzün temel parçacık ve kuvvetlerinin Standart Modelinin ötesinde ilginç yeni fizik getiren kanıtlar olacaktır.
Süpersimetri, bilinen her parçacığın tamamlayıcı özelliklere sahip bir süpersimetrik partnere sahip olduğunu öngörmektedir, ancak bu partnerlerin hiçbiri henüz gözlemlenmemiştir. Bununla birlikte, birçok süpersimetri modeli, nötrino adı verilen en hafif süpersimetrik parçacığın, protonunkinin yaklaşık 100 katı bir kütleye sahip olduğunu tahmin eder.
Case Western Reserve Üniversitesi'nden Dan Akerib, “Teorisyenler bilinen en küçük mesafe ölçeklerindeki problemleri açıklamak için bilinen parçacıkların tüm bu“ süpersimetrik ortakları ”ile geldi. “Çok büyük ve çok küçüklerin büyüleyici bağlantılarından birinde, bu süper partilerin en hafifleri, en büyük mesafe ölçeklerinde gözlemlediğimizi açıklamak için bulmacanın eksik parçası olabilir.”
CDMS II ekibi, Soudan, Minnesota'daki eski bir demir madeninde yer yüzeyinin yaklaşık yarım mil altında bulunan parçacık dedektörleriyle “yeraltı astronomi” uyguluyor. Yerkabuğunun 2,341 feet'i kozmik ışınları ve ürettikleri arka plan parçacıklarını korur. Dedektörler, germanyum ve silikon, benzer özelliklere sahip yarı iletken kristallerden yapılmıştır. Dedektörler, mutlak sıfır derecesinin onda birine kadar soğutulur, böylece soğuk, moleküler hareket ihmal edilebilir hale gelir. Dedektörler aynı anda kristaller içindeki parçacık etkileşimleri tarafından üretilen yük ve titreşimi ölçer. WIMPS, aynı miktarda titreşim için diğer parçacıklardan daha az yük salarak varlıklarını bildirecektir.
Fermilab CDMS II proje yöneticisi Dan Bauer, “Dedektörlerimiz, gökbilimcilerin bir ışık rengini diğerinden ayırt etmelerini sağlayan filtrelerle donatılmış bir teleskop gibi davranıyor” dedi. “Sadece bizim durumumuzda, karanlık maddeleri WIMPS lehine geleneksel parçacıkları filtrelemeye çalışıyoruz.”
Minnesota Üniversitesi'nden fizikçi Earl Peterson, Fermilab’ın uzun temel nötrino deneyi olan Ana Enjektör Nötrino Salınım Araştırmasına da ev sahipliği yapan Soudan Yeraltı Laboratuarını denetliyor.
Peterson, “CDMS II'nin önemli yeni sonucundan heyecan duyuyorum ve işbirliğini tebrik ediyorum,” dedi. “Soudan Laboratuvarı tesislerinin CDMS II'nin başarısına katkıda bulunmasından memnunum. Ve Fermilab ve Minnesota Üniversitesi'nin Soudan Laboratuvarı'nı genişletme konusundaki çalışmalarının mükemmel yeni fizikle sonuçlanmasından özellikle memnunum. ”
CDSMII önümüzdeki birkaç yıl içinde WIMP'leri ararken ya evrenimizin karanlık maddesi keşfedilecek ya da çok çeşitli süpersimetrik modeller olasılıktan çıkarılacaktır. Her iki şekilde de, CDMS II deneyi parçacık fiziği ve evren anlayışımızı geliştirmede önemli bir rol oynayacaktır.
CDMS II işbirliği yapan kurumlar arasında Brown Üniversitesi, Case Western Reserve Üniversitesi, Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı, Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı, Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüleri, Princeton Üniversitesi, Santa Clara Üniversitesi, Stanford Üniversitesi, California-Berkeley Üniversitesi, California-Santa Barbara Üniversitesi, Denver'daki Colorado Üniversitesi, Florida Üniversitesi ve Minnesota Üniversitesi.
Fermilab, Üniversiteler Araştırma Derneği, Inc. tarafından sözleşmeli olarak çalışan bir DOE Bilim Ofisi ulusal laboratuvarıdır.
Orijinal Kaynak: Fermilab Haber Bülteni
