Data baru dari eksperimen CoGeNT masih menunjuk kepada pendaftaran zarah benda gelap • Igor Ivanov • Berita sains mengenai "Unsur" • Fizik, Astrofizik

Data baru dari eksperimen CoGeNT masih menunjukkan pendaftaran zarah materi gelap

Rajah. 1. Pengesan CoGeNT dikelilingi oleh blok pelindung utama peringkat pertama. Walaupun saiznya yang sederhana, ia juga merupakan pemain penting dalam mencari bahan gelap kerana kepekaannya untuk melepaskan tenaga yang rendah dan kesilapan yang rendah. Imej dari cogent.pnnl.gov

Kerjasama CoGeNT – salah satu daripada sedikit yang dilaporkan kemungkinan pemerhatian zarah-zarah materi gelap – telah memperbaharui hasil berdasarkan statistik terkumpul selama tiga tahun kerja. Data baru masih menunjukkan kelebihan isyarat di latar belakang di kawasan yang dikehendaki, serta ciri modulasi bermusim zarah materi gelap masih diperhatikan. Artikel itu juga menjelaskan cara mendamaikan hasil tiga eksperimen antara satu sama lain dengan hasil yang positif.

Pencarian zarah materi gelap menjadi salah satu masalah yang paling akut di persimpangan fizik mikroworld dan astrofizik. Data pemerhatian menunjukkan bahawa perkara gelap mesti wujud, bahawa ia harus "meniup" dalam bentuk angin yang meluas dan melalui Bumi, tetapi tidak ada bukti yang menyokong pendaftarannya, yang akan meyakinkan semua pakar.Di seluruh dunia, beberapa berpuluh-puluh eksperimen sedang dijalankan atau sedang disediakan untuk dilancarkan, yang cuba mendaftarkan kesan zarah-zarah ini massa yang tidak diketahui dan sifat yang tidak diketahui. Setiap tahun mesej baru dari kumpulan yang berbeza muncul: sesetengah daripada mereka melaporkan melihat isyarat positif, yang lain mengatakan tidak ada perkara seperti itu (lihat, sebagai contoh, berita terkini kami. Eksperimen LUX belum lagi mengesan zarah benda gelap, Unsur, 31.10. 2013, dan percubaan CROWS untuk mencari zarah ultralight hipotesis memberi hasil negatif, "Elements", 11/06/2013). Tidak mungkin untuk menyelaraskan mesej ini antara satu sama lain. Keadaan ini, tentu saja, tidak memuaskan dan boleh mengelirukan orang yang sudah biasa dengan topik ini, tetapi itu adalah realiti hari ini. Pakar fizikal hanya boleh membuat eksperimen baru, meningkatkan sensitiviti mereka, mencari sumber kesilapan baru, serta menghasilkan teknik tambahan untuk menganalisis dan menafsirkan hasilnya.

Beberapa hari yang lalu, satu artikel baru dari eksperimen CoGeNT muncul dalam arkib e-cetakan – satu daripada empat eksperimen untuk mencari zarah materi gelap, melaporkan hasil positif (Rajah 1).Jika sebelum ini kerjasama menggunakan statistik yang terkumpul dalam 15 bulan pertama pengesan, sekarang statistik meliputi lebih daripada tiga tahun kerja yang berterusan. Kesimpulan dari kolaborasi ini tidak berubah: isyarat masih ada dalam data, kira-kira dengan kekuatan yang sama dan di kawasan yang sama, modulasi bermusim isyarat diperhatikan dan juga sebelumnya, dan tidak ada sumber-sumber kesalahan yang diketahui lain boleh dihapuskan. Tafsiran dari segi zarah zarah gelap menunjukkan jisim 7-8 GeV. Dan walaupun semua ini, data baru masih tidak meyakinkan oleh kebanyakan pakar.

Pertama sekali, beberapa perkataan harus ditumpukan kepada teknologi yang digunakan dalam pengesan CoGeNT untuk merakam peristiwa dan mengasingkan calon yang berpotensi menarik dari latar belakang. Tidak seperti pengesan xenon cecair moden, di mana jumlah kerja sudah menghampiri satu tan, CoGeNT berfungsi dengan kristal germanium dengan massa hanya setengah kilogram. Bagaimanapun, reka bentuk elektrik yang aneh pada peranti ini, ditambah pula dengan kaedah pemprosesan data, membolehkan kita melakukan apa yang majoriti pengesan lain tidak dapat dilakukan untuk mendaftarkan pembebasan tenaga yang sangat rendah.Dalam CoGeNT, ambang pelepasan tenaga, bermula dari mana pengesan membezakan peristiwa dari bunyi bising, hanya 0.4 keV terhadap beberapa keV dalam pengesan lain. Ini adalah nilai yang sangat penting, kerana zarah cahaya bahan gelap, ketika bertabrakan dengan nukleus materi, memindahkan tenaga yang sangat sedikit kepada mereka. Pemerhatian peristiwa "tambahan" adalah tepat pada bidang pelepasan tenaga rendah, di bawah 2 keV, di mana tidak ada kesalahan instrumental lain yang diketahui para saintis.

Secara teknikal, unsur-unsur pengesanan CoGeNT dibuat dalam bentuk kapasitor semikonduktor silinder. Satu voltan digunakan untuk kenalan di dalamnya, medan elektrik timbul di dalam pengesan, dan jika zarah benda gelap mengetuk beberapa elektron, mereka akan berkumpul di salah satu kenalan dan memberikan percikan dalam elektronik bacaan (lihat masalah pengesan foton pada topik yang berkaitan). Ciri reka bentuk pengesan ini adalah bahawa satu elektrod adalah besar – ia menduduki hampir seluruh permukaan silinder, dan yang kedua adalah kecil, dalam bentuk hampir titik sentuhan di tengah akhir (Rajah 2).

Rajah. 2 Prototaip pengesan awal untuk eksperimen CoGeNT. Seluruh permukaan silinder adalah satu elektrod, dan tempat kecil di tengah muka akhir mengandungi satu lagi. Imej dari kicp.uchicago.edu

Satu lagi perkara penting ialah keupayaan untuk memisahkan peristiwa dalaman dan permukaan (Rajah 3). Jika pelepasan tenaga berlaku berhampiran permukaan pengesan, maka sebahagian daripada caj itu tidak semestinya masuk ke dalam pengesan. Oleh kerana itu, ia mungkin kelihatan sebagai pengesan yang telah mendaftarkan suatu peristiwa dengan pelepasan tenaga lemah (calon untuk zarah-zarah materi gelap), walaupun sebenarnya jumlah pelepasan tenaga adalah besar. Sekiranya tenaga dilepaskan dalam kedalaman kelantangan kerja, maka anda dapat memastikan bahawa tenaga yang dikumpul adalah sangat kecil.

Rajah. 3 Pemisahan peristiwa pelepasan tenaga berhampiran permukaan pengesan dan dalam jumlahnya mungkin disebabkan oleh bentuk berlainan pulsa elektrik ketika membaca caj yang dikumpulkan: peristiwa permukaan lebih lancar, dan pukal yang lebih mendadak

Pengesan CoGeNT tidak dapat menjejaki secara langsung di mana pusat pelepasan tenaga adalah, tetapi ia boleh mengukur bentuk isyarat elektrik yang datang ke elektrod. Ternyata bahawa isyarat yang dihasilkan oleh pelepasan tenaga dalaman dan permukaan kelihatan sangat berbeza (isyarat "cepat" untuk kejadian sekeliling, isyarat "perlahan" untuk permukaan satu), yang memungkinkan untuk memisahkan kedua-dua jenis ini dengan peratusan positif yang sangat kecil.

Sekarang kita berpaling kepada keputusan percubaan CoGeNT.Laporan pertama hasil positif berkaitan dengan 2010. Kemudian kolaborasi itu menyedari bahawa di antara semua data, rantau pembebasan tenaga terkecil menonjol – di bawah 2 keV. Sekiranya dalam semua tenaga lain adalah bilangan peristiwa yang sepenuhnya berpadanan dengan latar belakang dan puncak sempit yang sepadan dengan pemutus unsur radioaktif yang diketahui, maka, selepas mengurangkan peristiwa latar belakang, peningkatan yang mantap ke arah tenaga yang lebih rendah jelas dilihat (Rajah 4). Isyarat sedemikian agak dijangkakan daripada zarah-zarah ringan yang gelap. Kebanyakan kejadian yang disebabkan oleh zarah-zarah tersebut akan menyebabkan pelepasan tenaga yang sangat kecil, di bawah ambang kepekaan, tetapi "ekor" pengedaran halaju zarah-zarah ini akan menghasilkan bentuk lengkung diperhatikan. Perbandingan menunjukkan bahawa data paling konsisten dengan jisim 7-8 GeV.

Rajah. 4 Peningkatan bilangan peristiwa di rantau rendah tenaga dalam data CoGeNT. Histogram – terkumpul pada tahun 2011 lengkung di rantau 1-1.5 keV adalah sumbangan isotop radioaktif. Masukkan menunjukkan hasil pengurangan sumbangan latar belakang dari data, berbeza lengkung pada inset ini, hipotesis pada zarah perkara gelap jisim yang berbeza dipenuhi.Imej dari artikel arXiv: 1106.0650

Kemudian, pada tahun 2011, eksperimen CoGeNT menemui satu lagi kesan penting – modulasi bermusim dari bilangan peristiwa. Perlu diperhatikan bahawa kesan itu ditunjukkan dengan tepat dalam data tenaga rendah. Walau bagaimanapun, kepentingan statistik isyarat adalah rendah, dan data hanya meliputi kerja selama 15 bulan, tetapi ini merupakan laporan kedua (selepas DAMA / Libra) mengenai pemerhatian kesan ini.

17 Mac 2011 di lombong "Sudan" (lihat Tambang Soudan) terdapat kebakaran, yang mana percubaan itu dipaksa untuk menganggur selama tiga bulan. Ujian menunjukkan bahawa insiden itu tidak menjejaskan prestasi pengesan, dan pada musim panas, set data telah diteruskan. Hasilnya, menjelang akhir tahun 2013, ahli fizik mempunyai statistik pembuangan yang meliputi tiga tahun kerja penuh. Ini membolehkan kami membina tempoh masa yang lebih panjang.sJangan semak urutan jika kekerapan bermusim dinyatakan dalamnya.

Dalam artikel baru, kolaborasi melaporkan bahawa modulasi masih ada (Rajah 5). Seperti dahulu, hanya data mengenai kejadian tenaga rendah terdedah kepada turun naik tahunan, dan hanya untuk kejadian yang berlaku dalam jumlah pengesan, dan bukan di permukaan.Semua ini adalah argumen yang memihak kepada hakikat bahawa tidak mungkin untuk menghapuskan turun naik ini kepada sebarang kesan sisa keadaan iklim luar atau sebab-sebab lain yang serupa. Sebenarnya, kepentingan statistik variasi tahunan adalah sangat kecil, hanya 2.2 sigma, yang bahkan tidak mencapai tahap "tiga sigma", yang mana fizik mula berkuat kuasa dengan serius. Walau bagaimanapun, variasi ini tidak berubah mengikut masa, jadi diharapkan bahawa selepas beberapa tahun lagi, kepentingan statistik akan meningkat ke tahap yang menarik.

Rajah. 5 Bilangan kejadian dalam data CoGeNT sepadan dengan pelepasan tenaga 0.5-2 keV dalam jumlah pengesan. Statistik ditunjukkan sepanjang masa sejak pelancaran eksperimen pada bulan Disember 2009. Jalur kelabu – Memaksa percubaan mudah kerana kebakaran di lombong. Data menunjukkan modulasi bermusim dengan tempoh kira-kira satu tahun, ditunjukkan garis bergelombang. Anak panah menegak perhatikan momen maksimum statistik dalam eksperimen DAMA / Libra. Imej dari artikel yang sedang dibincangkan

Artikel kolaborasi CoGeNT mengandungi satu lagi perincian menarik. Biasanya mereka mencari eksperimen perkara gelap yang melaporkan hasil yang positifMereka dikritik atas dasar fakta bahawa di dalamnya semua nilai massa dan keratan rentas yang sedikit berbeza diperolehi untuk zarah benda gelap. Jika isyarat mereka adalah petunjuk nyata tentang perkara gelap, mereka perlu memberi, dalam kesilapan, nilai yang sama. Bagaimanapun, disebabkan fakta bahawa eksperimen yang berbeza menggunakan bahan-bahan yang berlainan dan mempunyai ambang tindak balas yang berbeza, perselisihan antara mereka tidak begitu universal. Artikel CoGeNT menyediakan analisis data-data ini dalam pelbagai model pengedaran materi gelap di Galaxy dan menunjukkan bahawa terdapat juga pilihan di mana tiga eksperimen dengan hasil positif (DAMA, CoGeNT, CDMS) selaras dengan satu sama lain (Rajah 6). Ya, tentu saja, masih ada masalah bagaimana memahami hasil negatif dari percubaan LUX baru-baru ini, namun setidaknya kritik ini ternyata tidak dapat dipertikaikan.

Rajah. 6 Bidang parameter jisim dan keratan rentas untuk interaksi zarah materi gelap, yang ditunjukkan oleh empat eksperimen dengan keputusan yang positif. Dalam rangka model tertentu pengedaran zarah zarah gelap, tiga hasil dapat diselaraskan dengan satu sama lain.Walau bagaimanapun, nilai-nilai ini masih jatuh ke rantau ini yang ditutup oleh eksperimen XENON100 dan LUX. Imej dari artikel yang sedang dibincangkan

Walau bagaimanapun, data baru tidak mengubah mood umum dalam bidang fizik ini. Kebanyakan pakar percaya bahawa hujah-hujah "menentang" setakat ini melebihi kebaikan. Jangkaan di sini dikaitkan terutamanya dengan eksperimen baru untuk mencari zarah-zarah gelap, dan mereka sedang dalam perjalanan. Sebagai contoh, katakan bahawa secara literal beberapa hari selepas artikel CoGeNT, hasil pertama percubaan DM-Ice17 telah diterbitkan dalam arkib e-print. Ini adalah pengesan natrium iodida dipasang di Kutub Selatan dan beku ke dalam ais Antartik pada kedalaman dua kilometer, di tengah-tengah pemasangan skala kilometer dari IceCube. DM-Ice17 masih belum mengesan sebarang isyarat yang mencurigakan, tetapi ia telah bekerja selama dua tahun, bukan sahaja dari tamadun, tetapi juga dari penyelidik sendiri. Jadi ia boleh dianggap sebagai tanda pertama eksperimen masa depan untuk mencari bahan gelap dalam ketebalan ais Antartika. Secara umum, dalam beberapa tahun akan datang, kita boleh menjangkakan beberapa keputusan menarik baru dari pemasangan generasi baru.Masa akan menunjukkan apa yang akan mereka tunjukkan dan sama ada mereka akan membantu memahami hasil positif yang diketahui hari ini.

Sumber: Kerjasama CoGeNT. Data Pengesan Tergantung Masalah / E-Print arXiv: 1401.3295 [astro-ph.CO].

Lihat juga:
Angin dari benda gelap, nampaknya, masih bertiup di tanah, "Kompyulenta", 01.21.2014.

Igor Ivanov


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: