Ciemna materia: jest niewidoczna, nieuchwytna, kontrowersyjna ... i taka jest wszędzie - we Wszechświecie, tak, ale szczególnie w świecie astrofizyki, gdzie badacze od dziesięcioleci wyczerpująco starają się ujawnić swoją prawdziwą tożsamość.
Teraz naukowcy z międzynarodowym eksperymentem Super Cryogenic Dark Matter Search (SuperCDMS) zgłaszają wykrycie cząsteczki, która, jak się uważa, tworzy ciemną materię: słabo oddziałująca masywna cząstka lub WIMP. Według komunikatu prasowego Uniwersytetu A&M w Teksasie (którego fizyk o wysokich energiach Rupak Mahapatra jest głównym badaczem eksperymentu), SuperCDMS zidentyfikował sygnał podobny do WIMP na poziomie 3 sigma, co wskazuje na 99,8 procent szansy na rzeczywiste odkrycie - „konkretna wskazówka”, jak się ją nazywa.
„W fizyce wysokoenergetycznej odkrycie jest zgłaszane tylko przy 5-sigma lub lepszych”, powiedział Mahapatra. „Jest to z pewnością bardzo ekscytujące, ale nie do końca przekonujące ze względu na standardy. Potrzebujemy tylko więcej danych, aby się upewnić. Na razie musimy żyć z kuszącą nutą jednej z największych łamigłówek naszych czasów. ”
Jeśli rzeczywiście jest to WIMP, będzie to pierwsza obserwacja takiej cząstki, co pozwoli lepiej zrozumieć, czym jest ciemna materia… a czym nie.
Niezwykle nieuchwytne, WIMP rzadko wchodzą w interakcje z normalną materią i dlatego są trudne do wykrycia. Naukowcy uważają, że czasami odbijają się lub rozpraszają jak kule bilardowe z jąder atomowych, pozostawiając niewielką ilość energii, którą można śledzić detektorami głęboko pod ziemią, zderzaczami cząstek, takimi jak Wielki Zderzacz Hadronów w CERN, a nawet instrumentami w przestrzeni, takimi jak Spektrometr magnetyczny alfa (AMS) zamontowany na międzynarodowej stacji kosmicznej.
Eksperyment CDMS, zlokalizowany pół mili pod ziemią w kopalni Soudan w północnej Minnesocie i zarządzany przez Fermi National Accelerator Laboratory z Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych, szuka ciemnej materii od 2003 roku. W eksperymencie wykorzystano bardzo zaawansowaną technologię detekcji i zaawansowaną analizę techniki umożliwiające celom chłodzonym kriogenicznie (prawie absolutna temperatura zerowa przy -460 stopni F) celom germanu i krzemu poszukiwanie rzadkiego odrzutu cząstek ciemnej materii.
To nowo ogłoszone wykrycie faktycznie pochodzi z danych uzyskanych podczas wcześniejszej fazy eksperymentu.
„Ten wynik pochodzi z danych zebranych kilka lat temu przy użyciu wykrywaczy krzemu wyprodukowanych w Stanford, które są obecnie nieczynne”, powiedział Mahapatra. „Zwiększone zainteresowanie regionem WIMP o niskiej masie zmotywowało nas do ukończenia analizy ekspozycji detektora krzemu, która jest mniej wrażliwa niż german dla mas WIMP powyżej 15 gigawowoltów elektronów [jedna GeVa jest równa miliardowi elektronowoltów], ale bardziej wrażliwa dla niższych mas. Analiza zaowocowała trzema zdarzeniami, a szacowane tło wynosi 0,7 zdarzenia. ”
Chociaż Mahapatra twierdzi, że wynik jest z pewnością zachęcający i godny dalszych badań, ostrzega, że nie należy jeszcze uważać go za odkrycie.
„Jesteśmy tylko 99,8 procent pewni i chcemy mieć 99,9999 procent pewności”, powiedział Mahapatra. „W 3-sigma masz coś podpowiedzi. W 4-sigma masz dowody. W 5-sigma masz odkrycie. ”
„W medycynie można powiedzieć, że leczysz 99,8 procent przypadków, i to jest w porządku. Kiedy mówisz, że dokonałeś fundamentalnego odkrycia w fizyce wysokich energii, nie możesz się mylić ”.
- Dr Rupak Mahapatra, główny badacz SuperCDMS, Texas A&M University
Współpraca będzie kontynuowana w celu zbadania tego sektora WIMP za pomocą działających detektorów germanu w eksperymencie SuperCDMS Soudan i rozważa zastosowanie większych, bardziej zaawansowanych 6-calowych detektorów krzemowych opracowanych w Departamencie Inżynierii Elektrycznej Texas A&M w przyszłych eksperymentach.
Zespół szczegółowo opisał swoje wyniki w artykule opublikowanym w arXiv, który ostatecznie pojawi się wListy z przeglądu fizycznego. Mahapatra ogłosi również wyniki dzisiaj o godzinie 12:00. CDT w wystąpieniu w Mitchell Institute for Fundamental Physics and Astronomy.
Źródło: Texas A&M University
(Przeczytaj więcej o ciemnej materii tutaj i tutaj.)
