Кредитна слика: Фермилаб
Са првим подацима из своје подземне опсерваторије у Северној Минесоти, научници Цриогениц Сеарцх оф Дарк Маттер су с већом осетљивошћу него икада раније ушли у сумњиву област ВИМПС. Посматрање слабо интерактивних масивних честица могло би решити двоструку мистерију тамне материје на космичком скали и суперсиметрије на субатомској скали.
Резултат ЦДМС ИИ, описан у раду достављеном у физичким прегледним писмима, показује са 90 процената сигурности да стопа интеракције ВИМП-а са масом 60 ГеВ мора бити мања од 4 к 10-43 цм2 или отприлике једна интеракција сваких 25 дана по килограму од германијума, материјала у детектору експеримента. Овај резултат говори истраживачима више него што су икада раније знали о ВИМПС-у, ако они постоје. Мерења из ЦДМС ИИ детектора су најмање четири пута осетљивија од најбољег претходног мерења које је понудио експеримент ЕДЕЛВЕИСС, подземни европски експеримент у близини Греноблеа, Француска.
"Замислите ову побољшану осјетљивост попут новог телескопа са двоструким пречником, а тиме и четири пута већим од свјетлосне колекције било које која је дошла прије њега", рекао је свемирски комесар ЦДМС ИИ Блас Цабрера са Универзитета Станфорд. „Сада смо у стању да тражимо сигнал који је само једна четвртина светлији него било који који смо видели раније. У наредних неколико година очекујемо да побољшамо нашу осетљивост за фактор 20 или више. “
Резултати су представљени на априлском састанку Америчког физичког друштва 3. и 4. маја у Денверу, Харри Нелсон и дипломски студент Јоел Сандерс, обоје са Калифорнијског Универзитета Санта Барбара, и Генсхенг Ванг и Схармила Камат из Цасе Вестерн Резервни универзитет.
„Знамо да ни наш Стандардни модел физике честица, нити наш модел космоса нису потпуни“, рекао је портпарол ЦДМС ИИ Бернард Садоулет са Калифорнијског универзитета у Берклију. „Чини се да овај недостајући комад одговара обема загонеткама. Виђамо исти облик из два различита смера. "
ВИМП-ови, који не носе никакав набој, проучавају контрадикције. Док физичари очекују да они имају око 100 пута већу масу протона, њихова сабласна природа омогућава им да се провуку кроз обичну материју остављајући једва трага. Израз "слабо интерактивни" односи се не на количину депоноване енергије током интеракције са нормалном материјом, већ на чињеницу да они делују изузетно ретко. У ствари, чак стотину милијарди ВИМП-а је могло струјати кроз ваше тело док сте читали ових првих неколико реченица.
Са 48 научника из 13 институција, плус још 28 инжењерских, техничких и административних особља, ЦДМС ИИ послује уз финансирање Уреда за науку Министарства енергетике САД, Одељења за астрономију и физику Националне фондације за науку и институција чланица. Национална акцелераторска лабораторија ДОЕ-а пружа управљање пројектима за ЦДМС ИИ.
"Природа тамне материје је од суштинског значаја за наше разумевање формирања и еволуције универзума", рекао је др. Раимонд Л. Орбацх, директор Уреда науке ДОЕ-а. "Овај експеримент не би могао успети без активне сарадње Уреда науке ДОЕ и Националне фондације за науку."
Мицхаел Турнер, помоћник директора за математику и физичке науке НСФ-а, описао је идентифицирање саставнице тамне материје као један од великих изазова и у астрофизици и у физици честица.
"Тамна материја обједињује све структуре у свемиру, укључујући наш властити Млечни пут - и још увек не знамо од чега се састоји тамна материја", рекао је Турнер. „Радна хипотеза је да је то нови облик материје - који ће, ако је тачан, осветлити унутрашње деловање елементарних сила и честица. У потрази за решењем ове важне слагалице, ЦДМС је сада на челу пакета, са још једним осетљивошћу од фактора 20 “.
Тамна материја у универзуму открива се кроз њене гравитационе ефекте на свим космичким размерама, од раста структуре у раном свемиру до стабилности галаксија данас. Козмолошки подаци из многих извора потврђују да та невидјена тамна материја износи више од седам пута више од количине обичне видљиве материје која формира звезде, планете и друге предмете у свемиру.
„Нешто је тамо формирало галаксије и држи их данас заједно, и оно не емитује нити апсорбује светлост“, рекао је Цабрера. "Маса звезда у галаксији је само 10 процената масе целе галаксије, тако да су звезде попут светла божићног дрвца, које украшавају дневни боравак велике мрачне куће."
Физичари такође верују да би ВИМП-ови могли бити још увек не-посматране субатомске честице које се зову неутралиноси. То би били докази за теорију супер-симетрије, увођење интригантне нове физике изван данашњег Стандардног модела основних честица и сила.
Суперсиметријом се предвиђа да свака позната честица има суперсиметрични партнер са комплементарним својствима, мада још није примећен ниједан од ових партнера. Међутим, многи модели суперсиметрије предвиђају да најслађа суперсиметрична честица, која се назива неутрално, има масу око 100 пута већу од протона.
„Теоретичари су смислили све ове такозване„ супер-симетричне партнере “познатих честица да би објаснили проблеме на најситнијим размерама удаљености,“ рекао је Дан Акериб са Универзитета Цасе Вестерн Ресерве. "У једној од оних фасцинантних веза веома великих и врло малих, најслађи од ових суперпартнера могао би бити комад слагалице који недостаје за објашњење онога што посматрамо на скали највећег растојања."
Тим ЦДМС ИИ практикује „подземну астрономију“, са детекторима честица који се налазе готово пола миље испод земљине површине у некадашњем руднику гвожђа у Соудану, Минесота. 2.341 стопа земљине коре штити космичке зраке и честице позадине које производе. Детектори су направљени од германијума и силицијума, полуводичких кристала са сличним својствима. Детектори су охлађени до једне десетине степена апсолутне нуле, толико су хладни да молекуларно кретање постаје занемарљиво. Детектори истовремено мере набој и вибрацију произведене интеракцијама честица унутар кристала. ВИМПС ће сигнализирати своје присуство отпуштајући мање набоја од осталих честица за исту количину вибрације.
„Наши детектори делују попут телескопа опремљеног филтрима који астрономима омогућавају да разликују једну боју светлости од друге“, рекао је менаџер пројекта ЦДМС ИИ Дан Бауер из Фермилаба. "Само у нашем случају покушавамо да филтрирамо конвенционалне честице у корист ВИМПС-а од тамне материје."
Физичар Еарл Петерсон са универзитетске Минесоте надгледа подземну лабораторију Соудан, такође дом Фермилабове дугогодишње експерименталне неутрине, Главне претраге убризгавања неутрина главног ињектора.
„Узбуђен сам због значајног новог резултата ЦДМС ИИ и честитам на сарадњи“, рекао је Петерсон. „Драго ми је што су простори лабораторија Соудан допринели успеху ЦДМС ИИ. А посебно ме радује што је рад Фермилаба и Универзитета у Минесоти на проширењу Соуданове лабораторије резултирао врхунском новом физиком. "
Док ЦДСМИИ претражује ВИМП-ове током наредних неколико година, откриће се или тамна материја нашег универзума, или ће велики спектар супер-симетричних модела бити искључен из могућности. У сваком случају, експеримент ЦДМС ИИ ће играти велику улогу у унапређивању нашег разумевања физике честица и космоса.
Институције које сарађују са ЦДМС ИИ укључују Универзитет Браун, Цасе Вестерн Ресерве Университи, Националну лабораторију за убрзање рада Ферми, Националну лабораторију Лавренце Беркелеи, Националне институте за стандарде и технологију, Универзитет Принцетон, Универзитет Санта Цлара, Универзитет Станфорд, Калифорнијски Беркелеи, Универзитет Калифорнија-Санта Барбара, Универзитет Колорадо у Денверу, Универзитет Флорида, и Универзитет Минесота.
Фермилаб је национална лабораторија Уреда науке Министарства науке, коју ради на основу уговора Универзитета за истраживање, Инц.
Изворни извор: Фермилаб Невс Релеасе
