Исследователи с ЛЮКСОМ ищут МЕЩАН, или слабо взаимодействуют значительные частицы, которые являются среди ведущих кандидатов для темной материи. «Мы улучшили чувствительность ЛЮКСА больше, чем фактор 20 для частиц темной материи малой массы, значительно увеличив нашу способность искать МЕЩАН», сказал Рик Гэйтскелл, преподаватель физики в Университете Брауна и co-представителе эксперимента ЛЮКСА. «Жизненно важно, чтобы мы продолжили выдвигать возможности нашего датчика в поиске неуловимых частиц темной материи», сказал Гэйтскелл.Улучшения ЛЮКСА, соединенные с передовыми компьютерными моделированиями в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли американского Министерства энергетики (Berkeley Lab) Национальное энергетическое Исследование Научный Вычислительный центр (NERSC) и Центр Университета Брауна Вычисления и Визуализации (CCV), позволили ученым проверять дополнительные модели частицы темной материи, которая теперь может быть исключена из поиска. NERSC также хранит большие объемы данных о ЛЮКСЕ – измеренный в триллионах байтов, или у терабайт – и Berkeley Lab есть растущая роль в сотрудничестве ЛЮКСА.Ученые уверены, что темная материя существует, потому что эффекты ее силы тяжести могут быть замечены во вращении галактик и в способе, которым сгибается свет, когда это едет через вселенную.
Поскольку МЕЩАНЕ, как думают, взаимодействуют с другим вопросом только в очень редких случаях, они должны все же быть обнаружены непосредственно.«Мы искали частицы темной материи во время первого трехмесячного пробега эксперимента, но эксплуатируем новые методы калибровки, лучше придавливая, как они появились бы к нашему датчику», сказал Аластер Керри из Имперского колледжа Лондона, исследователь ЛЮКСА. «Эти калибровки углубили наше понимание ответа ксенона к темной материи, и к фонам. Это позволяет нам искать, с улучшенной уверенностью, для частиц, которые мы ранее не знали, будет видимо к ЛЮКСУ».Новое исследование описано в статье, представленной к Physical Review Letters.
Работа вновь исследует данные, собранные во время первого трехмесячного пробега ЛЮКСА в 2013, и помогает исключить возможность обнаружений темной материи в диапазонах малой массы, где другие эксперименты ранее сообщили о потенциальных обнаружениях.ЛЮКС состоит из тонны одной трети жидкого ксенона, окруженного чувствительными легкими датчиками. Это разработано, чтобы определить очень редкие случаи, когда частица темной материи сталкивается с атомом ксенона в датчике.
Когда столкновение произойдет, атом ксенона отскочит и испустит крошечную вспышку света, который обнаружен светочувствительными датчиками ЛЮКСА. Местоположение датчика в Sanford Lab ниже мили скалы помогает оградить его от космических лучей и другой радиации, которая вмешалась бы в сигнал темной материи.До сих пор ЛЮКС не обнаружил сигнал темной материи, но его изящная чувствительность позволила ученым почти, исключают обширные массовые диапазоны, где частицы темной материи могли бы существовать. Эти новые калибровки увеличение та чувствительность еще больше.
Один метод калибровки использовал нейтроны в качестве заместителей для частиц темной материи. Живые нейтроны от атомов ксенона позволяют ученым определять количество, как датчик ЛЮКСА отвечает на процесс отскакивания.«Это похоже на гигантскую игру в пул с нейтроном как бильярдный шар и атомы ксенона как полосы и твердые частицы», сказал Гэйтскелл. «Мы можем отследить нейтрон, чтобы вывести детали ксеноновой отдачи и калибровать ответ ЛЮКСА лучше, чем что-либо ранее возможное».Природа взаимодействия между нейтронами и атомами ксенона, как думают, очень похожа на взаимодействие между темной материей и ксеноном. «Это просто, что частицы темной материи взаимодействуют намного более слабо – приблизительно миллион миллионов миллиона миллиона раз более слабо», сказал Гэйтскелл.
Нейтронные эксперименты помогают калибровать датчик для взаимодействий с ксеноновым ядром. Но ученые ЛЮКСА также калибровали ответ датчика на смещение небольших количеств энергии пораженных атомных электронов. Это сделано, введя tritiated метан – радиоактивный газ – в датчик.
«В типичной науке, которой управляют, большинство того, что видит LUX, является второстепенными электронными событиями отдачи», сказал Картер Холл преподаватель Университета Мэриленда. «Метан Tritiated – удобный источник подобных событий, и мы теперь изучили сотни тысяч его распадов в ЛЮКСЕ. Это вселяет нам веру, что мы не примем эти события разнообразия сада за темную материю».Другой радиоактивный газ, криптон, был введен, чтобы помочь ученым различать сигналы, произведенные окружающей радиоактивностью и потенциальным сигналом темной материи.«Криптон смешивается однородно в жидком ксеноне и испускает радиацию с известной, определенной энергией, но тогда быстро распадается далеко к стабильной, нерадиоактивной форме», сказал Дэн Маккинзи, преподаватель физики УКА Беркли и co-представитель ЛЮКСА, который является также филиалом с Berkeley Lab.
Точно измеряя свет и обвинение, произведенное этим взаимодействием, исследователи могут эффективно отфильтровать второстепенные события от своего поиска.«И таким образом, поиск продолжается», сказал Маккинзи. «ЛЮКС находится еще раз в способе обнаружения темной материи в Sanford Lab.
Последний пробег начался в конце 2014 года и, как ожидают, продолжится до июня 2016. Этот пробег будет представлять увеличение воздействия больше чем четырех раз по сравнению с нашим предыдущим пробегом 2013 года. Мы будем очень счастливы видеть, показали ли какие-либо частицы темной материи себя в новых данных».
Маккинзи, раньше в Йельском университете, присоединился к UC Berkeley and Berkeley Lab в июле, сопровождаемый членами его исследовательской группы.Sanford Lab – средство, находящееся в собственности Южной Дакоты. Homestake Mining Co. пожертвовала свой золотой рудник в Лидерстве Властям Науки и техники Южной Дакоты (SDSTA), который вновь открыл средство в 2007 с $40 миллионами в финансировании из Законодательного собрания штата Южной Дакоты и пожертвовании в размере $70 миллионов от филантропа Т. Денни Сэнфорда.
Американское Министерство энергетики (DOE) поддерживает действия Sanford Lab.Кевин Леско, который наблюдает за операциями по ПРИБОЮ и возглавляет Dark Matter Research Group в Berkeley Lab, сказал, «Хорошо видеть, что эксперименты, установленные в ПРИБОЕ, продолжают приводить к ведущим в мире результатам».ЛЮКС научное сотрудничество, которое поддержано САМКОЙ и Национальным научным фондом (NSF), включает 19 исследовательских университетов и национальные лаборатории в Соединенных Штатах, Соединенном Королевстве и Португалии.
«Глобальный поиск темной материи стремится отвечать на один из самых больших вопросов о составе нашей вселенной. Мы горды поддержать сотрудничество ЛЮКСА и поздравить их с достижением еще большего уровня чувствительности», сказал Майк Хэдли, исполнительный директор SDSTA.Планирование эксперимента темной материи следующего поколения в Sanford Lab идет уже полным ходом. В последних 2 016 ЛЮКСАХ будет списан, чтобы освободить дорогу для нового, намного более крупного ксенонового датчика, известного как эксперимент LUX-ZEPLIN (LZ).
У LZ была бы 10-тонная жидкая ксеноновая цель, которая будет соответствовать в том же самом 72 000-галлонном баке чистой воды, используемой ЛЮКСОМ. У ученых Berkeley Lab будут главные ведущие роли в сотрудничестве LZ.«Инновации эксперимента ЛЮКСА создают фонд для эксперимента LZ, который запланирован, чтобы достигнуть более чем 100 раз чувствительности ЛЮКСА.
Эксперимент LZ так чувствителен, что он должен начать обнаруживать тип нейтрино, происходящего на солнце, что даже получивший Нобелевскую премию эксперимент Рэя Дэвиса на шахте Homestake был неспособен обнаружить», по словам Гарри Нельсона Санта-Барбары UC, представителя LZ.