Atılım "Qrocodile" deney, zor karanlık madde üzerinde yeni kısıtlamalar ayarlıyor

Onlarca yıldır, bilim adamları doğrudan kanıt arıyorlar. karanlık maddegörünmez madde yaklaşık yüzde 85'ini açıkladığına inanıldı Evrenimizdeki Kütle.

Çoğu arama parçacıklara odaklandı yeterince yüksek enerjilerle tetiklemek için saptanabilir reaksiyonlar. Bununla birlikte, karanlık madde daha önce varsayılandan çok daha hafifse, çok daha ağır avı yakalamak için tasarlanmış dedektörler aracılığıyla sessizce kayıyorsa ne olur?

Zürih Üniversitesi, Kudüs İbrani Üniversitesi'nden araştırmacılar ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) (Qrocodile ”(düşük enerjide karanlık madde olayı için kuantum çözünürlük optimize edilmiş kriyojenik gözlemevi) adlı yeni bir deney, bu soruyu cevaplamaya çalışıyor.

Son sonuçlarında, Fiziksel İnceleme Mektuplarıaraştırmacılar ışık üzerindeki dünya lideri sınırları açıkladı karanlık madde Bir zamanlar geleneksel dedektörlerin erişiminin ötesinde olduğu düşünülen bir kütle aralığı olan 30 kilo-elektronvolt (kev) kadar küçük parçacıklar.

Bu atılım, bilim insanlarına nihai hedeflerine bir adım daha yaklaşıyor: doğrudan tespit etmek ve varlığını doğrulamak karanlık madde. Bir keşif, evren hakkındaki anlayışımızı dönüştürebilir.

İbrani Üniversitesi'nde Fizik Profesörü, “İlk kez, özellikle hafif karanlık maddenin varlığı üzerine yeni kısıtlamalar koyduk” dedi. Dr. Yonit Hochberg basın bülteni. “Bu, sonuçta uzun zamandır aranan doğrudan tespiti sağlayabilecek daha büyük deneylere doğru önemli bir ilk adım.”

Qrocodile deneyi, karanlık maddenin kanıtını izlemek için benzersiz bir yaklaşım benimser. Araştırmacılar, büyük yeraltı sıvı ksenon veya germanyum kristal tanklarını kullanmak yerine, süper iletken nanotel tek foton dedektörlerinden (SNSPD'ler) bir dedektör inşa ettiler.

Bunlar başlangıçta ultra duyarlı foton sayımı için geliştirilen kuantum sensörleridir. Bununla birlikte, qrocodile ile karanlık madde için hem hedef hem de sensör olarak hizmet ederler.

Sadece 0.11 elektronvoltluk bir enerji eşiğinde faaliyet gösteren (EV, 11 mikrometrelik dalga boylarına sahip fotonları tespit etmeye eşdeğer olan qrocodile, çoğu karanlık madde aramasının erişiminin çok altında enerji yataklarını alabilir. Bu ultra düşük eşik çok önemlidir, çünkü alt-mev karanlık maddesi sadece enerji izlemelerini yatırır.

Araştırmacılar, “Qrocodile deney, karanlık madde saçılması ve emilimi için bir hedef ve sensör olarak mikrodalga bazlı süper iletken nanotel tek foton dedektörü kullanıyor ve 0.11 eV kadar düşük enerji yataklarına duyarlı.”

Fizikçiler uzun zamandır karanlık maddenin bir mega-elektronvolt'un (MEV) çok altındaki ölçeklerde var olabileceğinden şüpheleniyorlar. Ancak, tespit etmek küçük bir başarı değildir. Bir atom çekirdeğinden daha hafif parçacıklar çarpışırken çok fazla enerji vermez ve geleneksel iyonizasyon temelli tespit yöntemleri bu hassas rejime ulaşamaz.

Bu yüzden Qrocodile'ın ince süper iletken katmanlar tasarımı sadece iki nanometre derinliğinde çok önemlidir. Bu ölçeklerde, dedektör gelen parçacıkların yönüne doğal olarak duyarlıdır.

Nihayetinde bu, Qrocodile'ın bir gün bir aday sinyalinin beklenen 'karanlık madde rüzgarından' gelip gelmediğini, Samanyolu'nun halosundan hareket ederken ortaya çıkan teorik bir kavram veya sadece arka plan gürültüsü olup olmadığını belirleyebileceği anlamına gelir.

İlk deneyleri için Qrocodile, bir seyreltme kriyostatının içinde 100 Millikelvin'e soğutuldu ve 415 saatten fazla çalıştı. Bu süre zarfında, dedektör 15 zayıf açıklanamayan sinyal kaydetti.

Araştırma ekibi, bu gizemli sinyallerin iddia edilemeyeceğini vurguluyor. karanlık madde Kozmik ışınlar ve çevresel radyasyon olası suçlular olmaya devam ettikçe tespitler. Bununla birlikte, bu küçük kitlelerdeki karanlık madde modellerini kısıtlama yeteneği, karanlık maddenin doğası hakkında önemli bilgiler sağlayan ve bu alanda gelecekteki araştırmalara rehberlik eden önemli bir kilometre taşıdır.

Daha da önemlisi, deney, hem elektron hem de nükleonlarla Sub-MEV karanlık madde etkileşimlerinin gücü üzerine yeni, dünya lideri sınırlar belirlemiştir. Aslında, qrocodile, fononların (dedektörün kafesindeki titreşimler) çiftliklere nasıl quasipartiküllere nasıl geldiğini izleme yeteneği sayesinde her iki etkileşim türünü aynı anda araştıran ilk süper iletken sensördür.

Qrocodile özellikle umut verici yapan şey ölçeklenebilirliğidir. Araştırmacılar, mevcut prototipten 10 megapiksel bir SNSPD dizisine genişlemeyi öngörüyorlar. Daha düşük eşikler-43 mili-elektronvolt (MEV) ve daha büyük maruziyetler ile, böyle bir yükseltme hassasiyet emirlerini daha da ileri itebilir. Bu ölçekte, dedektör, prensip olarak, arka plan olayları ile karanlık maddenin kozmik imzası arasında ayrım yapabilir ve evreni anlayışımızda bir atılım doğru bir yol sunabilir.

"Qrocodile, sadece parametre alanını hariç tutmakla kalmaz, aynı zamanda arka planlar ve modüle edici bir sinyal arasında ayrımcılık yapmak, böylece bir DM (karanlık madde) keşif oluşturmaya izin verir," Araştırmacılar not ediyor.

Qrocodile'ın erken başarısı, doğrudan kanıtların avındaki stratejideki bir değişimi vurgulamaktadır. karanlık madde. Sadece büyük wimp (zayıf etkileşen büyük parçacık) adaylarına odaklanmak yerine, fizikçiler araç setlerini çeşitlendiriyorlar. Süper iletken nanotellerden elmas dedektörlerine ve hatta kuantum kubitlerKaranlık Madde aramalarının yeni dönemi kuantum algılaması konusunda büyük bahis yapıyor.

Bu yaklaşım sadece aramayı genişletmekle kalmaz, aynı zamanda keşfedilmemiş bölgeyi de açar. Parçacıkları 30 keV kadar hafif inceleyerek Qrocodile, önceki birçok deneyin alt sınırlarının altına ulaştı ve daha önce hiç doğrudan test edilmemiş modelleri yönetti.

Araştırma işbirliği zaten bir sonraki artımlı düşük eşik maruziyetini (Nil Qrocodile) çalıştırıyor, daha uzun pozlamaları, daha az arka plan parazitini ve hatta daha düşük algılama eşiklerini hedefliyor. Her yeni adım, bilimi evrenin eksik kitlesini açıklayan gizli fiziği keşfetmeye yaklaştırabilir.

Sonuçta, karanlık madde Fizikteki en derin gizemlerden biri olmaya devam ediyor. Yerçekimi parmak izi şekillendiren galaksileri, ışık bükme ve kozmik yapıları şekillendirebiliriz. Yine de, hiçbir deney bunu kesin olarak yakalamamıştır.

Qrocodile'ın ilk sonuçları bir keşif iddia etmiyor. Bununla birlikte, kuantum sensörlerinin erişilemediğinde avı araziye genişletebileceğini kanıtlıyorlar. Karanlık madde en hafif haliyle saklanıyorsa, bunun gibi deneyler gölgesini ilk yakalayan olabilir.

Tim McMillan emekli bir kolluk yöneticisi, soruşturma muhabiri ve Debey'in kurucu ortağıdır. Yazısı genellikle savunma, ulusal güvenlik, istihbarat topluluğu ve psikoloji ile ilgili konulara odaklanır. Tim'i Twitter'da takip edebilirsiniz: @Lttimmcmillan. Tim'e e -posta ile ulaşılabilir: [email protected] veya şifreli e -posta yoluyla: [email protected]