Команда международных ученых, вовлеченных в проект, продемонстрировала чувствительность их датчика и сделала запись результатов, которые бросают вызов нескольким моделям темной материи и давнему заявлению об обнаружении темной материи. Работы, детализирующие результаты, будут опубликованы в предстоящих выпусках журналов Science и Physical Review Letters.Темная материя – богатый, но невидимый вопрос во вселенной, которую рассматривают ответственной за гравитационную силу, которая держит галактику Млечного пути вместе, сказал Рафаэль Лэнг, доцент физики в Университете Пердью, который был вовлечен в исследование.«Наши вращения галактики как невероятно быстрая карусель, и звезды, планеты и другие объекты пошли бы отлетать в различных направлениях, если бы это не было для гравитации», сказал он. «Когда мы вычисляем серьезность каждой известной массы, это нигде не около достаточной силы, чтобы держать галактику вместе.
Темная материя – материал, который составляет различие».Хотя команда не обнаружила темную материю, возможности, продемонстрированные датчиком XENON100, воодушевляют.
Высокая чувствительность, показанная в результатах эксперимента, могла освободить международную исследовательскую группу от потребности ограничить анализ к только части собранных данных, сказал Лэнг.«Вообразите поиск очень слабого и неуловимого сигнала темной материи во многих событиях из различных источников фона», сказал Лэнг. «Это похоже на поиск иголки в стоге сена. В то время как у большинства экспериментов есть огромная груда сена, наш датчик так остер, и фон настолько низкий, что наш стог сена маленький, и мы можем легко посмотреть на каждую часть сена. Мы не должны привередливо выбирать, какую часть данных мы оцениваем; мы можем посмотреть на каждое событие.
Это открывает дверь для нас, чтобы найти доказательства темной материи в неожиданном месте или в форме, которую мы не рассматривали, который хорош, потому что никто все же не знает, какова точно темная материя».Ученые из проекта темной материи под названием Темная материя Большая Большая часть Йодида Натрия для Редких Процессов, и называемый проектом DAMA/LIBRA, утверждали, что обнаружили темную материю в 1998.
Команда наблюдала сигналэто менялось в зависимости от сезонов, как ожидается для темной материи, поскольку орбита Земли вокруг солнца изменяет скорость, на которой это проходит через ореол темной материи, которая окутывает Млечный путь, сказал Лэнг. Однако другие команды, ищущие темную материю, не наблюдали тот же самый сигнал. Команда DAMA/LIBRA предположила, что другие группы могли быть слепыми к сигналу, потому что темная материя взаимодействовала с атомами датчика неожиданным способом.
Было предложено, чтобы темная материя могла быть leptophilic, означая, что это предпочитает взаимодействовать с электронами, сказал он.«Традиционно ‘курящая подпись’ оружия темной материи считалась, рассеиваясь частиц темной материи на ядрах атомов материала датчика», сказал Джоаким Копп, преподаватель теоретической элементарной физики элементарных частиц в Университете Йоханнеса Гутенберга Майнц, который не является частью КСЕНОНОВОГО сотрудничества. «Действительно, это – то, что предсказывают много хорошо мотивированных моделей темной материи, таких как суперсимметрия. Однако в последние годы мы начали ценить все больше то, что темная материя могла вести себя очень по-другому во многих отношениях».
Экспериментальные аномалии как спорный ежегодный сигнал модуляции, наблюдаемый в проекте DAMA/LIBRA, не могут быть объяснены традиционной темной материей, рассеивающейся на атомных ядрах, но могли быть приспособлены более легко, если темная материя рассеивается преимущественно с электронами или если большая часть энергии, выпущенной в рассеивании темной материи, в форме фотонов, сказал он.«В течение долгого времени это считали невыполнимым, чтобы проверить такую модель начиная с рассеивания частиц темной материи на электронах, или эмиссию фотонов намного более трудно отличить от радиоактивных фонов», сказал Копп. «Жидкие благородные газовые датчики как XENON100 теперь устанавливают новую золотую норму в этом усилии».
Эксперимент XENON100 смог исследовать других теорий, мог не из-за низкого уровня второстепенных событий, которых это достигло, сказал Люк Гоецк, постдокторский исследователь в Колумбийском университете, который был ведущим исследователем на эксперименте XENON100, детализированном в Physical Review Letters.«Материал, используемый в датчике XENON100 и материале, используемом в проекте DAMA/LIBRA, очень похож с точки зрения их электронных конфигураций, поэтому если бы темная материя взаимодействует с одной, это взаимодействовало бы почти тем же самым способом с другим», сказал он. «Однако датчик XENON100 так удивительно чувствителен, что сигнал был бы намного более ясным. Мы не видели его, и, учитывая наши современные знания и понимание физики, потому что мы не видели его, нет никакого способа объяснить таинственный сигнал как leptophilic темная материя».
В то время как данные XENON100 не показали тот же самый сигнал как, что наблюдаемый проектом DAMA/LIBRA, данные действительно показывали различную и слабую ежегодную модуляцию, сказал он.«Модуляция, которую мы наблюдали, поднимает некоторые вопросы, и мне, который является волнующим», сказал Гоецк. «Это означает, что мы раздвигаем границы нашего понимания и именно это делает забаву исследования физики. Я очень счастлив видеть первые данные из эксперимента XENON1T, который продвинется далеко вне уже удивительных результатов XENON100».Эксперимент проводится международным сотрудничеством 120 ученых из 22 учреждений во всем мире и во главе с Еленой Апрайл, преподавателем астрофизики в Колумбийском университете.
Этой осенью желание команды развернет датчик следующего поколения под названием XENON1T, который, как ожидают, будет в 100 раз более чувствительным, чем XENON100. Сам датчик будет в 20 раз более крупным и включать ряд технологических улучшений, сказала она.«От результатов XENON100 мы знаем намного больше о том, какова темная материя не, который является очень ценной информацией в области физики элементарных частиц», сказал Апрайл. «Мы исключили модели с самыми сильными ожидаемыми взаимодействиями темной материи, и с датчиком XENON1T мы будем в состоянии проверить тех с более слабыми ожидаемыми взаимодействиями и захватить даже самый слабый намек темной материи. Результаты этих экспериментов означают, что, если это – правильное место, чтобы искать подпись темной материи, нам необходимо видеть его».
Цель XENON100 и экспериментов XENON1T состоит в том, чтобы захватить подписи темной материи, которые текут через Землю, когда это перемещается через пространство. Чтобы оградить датчики от космической радиации, которая могла создать второстепенные события, они расположены под горой в Национальной лаборатории Бабушки Сэссо в Италии, крупнейшей подземной лаборатории в мире.
Датчики используют благородный газовый ксенон, сохранял жидкость в контейнере для нержавеющей стали огражденной и похороненной ниже одной мили скалы. Датчик оборудован электроникой, которая может обнаружить даже отдельные электроны и фотоны, произведенные где угодно в ксеноне, сказал Лэнг.КСЕНОНОВЫЙ эксперимент – сотрудничество 120 ученых, представляя 24 различных национальности и 22 учреждения во всем мире.
Кроме того, приблизительно 60 аспирантов работают в сотрудничестве, сказал он.Участвующие учреждения включают: Колумбийский университет; Университет Пердью; Ренселлеровский политехнический институт; Университет Райса; Калифорнийский университет, Лос-Анджелес; Калифорнийский университет, Сан-Диего; Чикагский университет; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Болонья, Италия; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionale del Gran Sasso, Аквила, Италия; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Торино, Италия; Болонский университет, Италия; Университет Йоханнеса Гутенберга, Майнц, Германия; мех Макса-Планка-Института Kernphysik, Гейдельберг, Германия; Университет Мюнстера, Германия; Бернский университет, Швейцария; Цюрихский университет, Швейцария; Nikhef & GRAPPA/University of Amsterdam, Нидерланды; Subatech, Нант, Франция; Стокгольмский университет, Швеция; Институт Вейцмана, Rehovot, Израиль; Нью-Йоркский университет Абу-Даби, Объединенные Арабские Эмираты; и Университет Коимбры, Португалия.
Эксперимент поддержан Национальным научным фондом, Министерством энергетики, швейцарским Национальным научным фондом, Volkswagen Foundation, мехом Bundesministerium Bildung und Forschung, Коммерческое предприятие Макса Планка, Научно-исследовательский центр Элементарные Силы и Математические Фонды, Фонд для Фундаментального Исследования в области Вопроса, Института Вейцмана, Невидимых операций Сети Начальной подготовки, параграфа Fundacao Ciencia e Tecnologia, Region des Pays de la Loire, Комиссия Науки и техники Шанхайского Муниципалитета, Национальный Фонд Естествознания Китая и Istituto Nazionale di Fisica Nucleare.