Kesan baru diramalkan yang penting untuk penafsiran eksperimen dalam mencari zarah materi gelap • Igor Ivanov • Berita sains mengenai "Unsur" • Fizik

Kesan baru yang diramalkan, penting untuk tafsiran eksperimen dalam mencari zarah materi gelap

Rajah. 1. Daya tarikan graviti matahari mengubah kepekatan zarah materi gelap di belakang matahari. Apa-apa jenis graviti memberi tumpuan zarah perkara gelap boleh menjejaskan isyarat modulasi bermusim dikesan pengesan cukup sensitif perkara gelap. Imej dari artikel yang sedang dibincangkan

Dalam artikel yang diterbitkan dalam jurnal Surat Pemeriksaan Fizikal, ia diramalkan bahawa kesan mekanikal mudah – graviti yang memberi tumpuan kepada zarah-zarah materi gelap oleh Matahari – boleh menjejaskan tafsiran beberapa eksperimen untuk mencarinya. Ada kemungkinan eksperimen dengan hasil yang positif, yang mana banyak ahli fisika yang ragu-ragu, akan menerima hujah baru dalam sokongan mereka.

Pencarian zarah materi gelap merupakan salah satu isu kritikal fizik moden. Di satu pihak, banyak pemerhatian astrofizik menunjukkan bahawa masalah gelap wujud. Sebaliknya, walaupun berpuluh-puluh eksperimen untuk mencarinya, masih tiada isyarat yang boleh dipercayai yang akan menjadi bukti yang tidak dapat disangkal mengenai pendaftaran zarah tersebut. Tinjauan ringkas tentang keadaan semasa boleh didapati dalam berita baru-baru ini. Percubaan LUX belum lagi menemui zarah benda gelap dan fizik zarah asas pada 2013.

Keadaan di sini lebih rumit oleh fakta bahawa beberapa eksperimen masih menunjukkan kehadiran sesuatu yang sama dengan perkara gelap; Eksperimen DAMA amat terkenal di sini, di mana, selepas satu dekad kerja, kesannya telah diperhatikan pada tahap kepentingan statistik 9σ. Tetapi ini dan hasil positif yang lain bertentangan dengan data terbaru dari generasi baru pengesan dan, oleh itu, mereka tidak menyebabkan terlalu banyak semangat di kalangan ahli fizik. Tidak ada keraguan tentang isyarat, persoalannya adalah dalam tafsirannya. Untuk kolaborasi itu sendiri, isyarat positif nampaknya menjadi bukti yang memihak kepada zarah materi gelap, dan kepada saintis lain, suatu petunjuk tentang sumber kesalahan yang tidak dapat dipertanggungjawabkan.

Untuk menjelaskan gambar – bukan sahaja dengan DAMA, tetapi secara amnya dengan isyarat positif masa depan dan kemungkinan yang ada, adalah wajar untuk ahli astrofizik memahami sepenuhnya apa kesan dan berapa banyak yang dijanjikan untuk diramalkan untuk isyarat daripada masalah gelap. Salah satu kesan klasik ialah modulasi bermusim bilangan kejadian berdaftar. Pengesan zarah gelap di bawah tanah adalah alat pemerhatian pasif.Secara relatifnya, ia sentiasa ditiup oleh "angin kosmik" perkara gelap, dan ahli fizik hanya mengira berapa kali pengesan telah dicetuskan untuk tempoh tertentu. Kadar tindak balas sangat bergantung kepada apa yang: pada sifat yang dijangkakan zarah itu sendiri, pada pengagihan dan halaju mereka di galaksi, pada ciri-ciri pengesan. Nilai-nilai ini sangat bergantung kepada model teori, jadi tidak ada ramalan yang tidak jelas di sini. Walau bagaimanapun, satu perkara tentang mereka diketahui: mereka tidak bergantung pada masa tahun.

Tetapi terdapat kuantiti lain yang bergantung, ini adalah kelajuan yang mana zarah benda gelap terbang ke Bumi. Matahari bergerak di galaksi melalui awan gelap materi, dan bumi bergerak mengelilingi matahari (Rajah 2). Kelajuan mereka ditambah sebagai vektor, dan dengan itu kelajuan yang dihasilkan di mana Bumi sendiri terbang melalui awan gelap materi bergantung pada musim. Dalam rangka model standard halo untuk zarah-zarah materi gelap, dipercayai bahawa materi gelap secara keseluruhan dalam galaksi tidak berputar, yang bermaksud bahawa Matahari bergerak relatif terhadap awan ini pada kelajuan kira-kira 220 km / s. Bumi bergerak di pesawat ekliptik di sekitar Matahari pada kelajuan kira-kira 30 km / s.Akibatnya, pada 2 Jun, kedua-dua kelajuan menambah dan memberikan nilai maksimum, dan sekitar 2 Disember, minimum. Oleh itu, kelajuan zarah gelap yang nyata menghasilkan modulasi bermusim dalam sistem rujukan Bumi.

Rajah. 2 Kelajuan "angin" zarah zarah gelap, "meniup" melalui sistem suria, berkembang dengan kelajuan Bumi, dan oleh sebab itu, kelajuan relatifnya berubah sepanjang tahun. Imej dari artikel K. Freese, M. Lisanti, Ch. Savage, 2013. Kolokium: Modulasi tahunan bahan gelap

Oleh kerana kadar tindak balas pengesan bergantung kepada kelajuan ini, diharapkan ia juga akan mengalami turun naik bermusim. Magnitud yang tepat dari ayunan ini, dan juga tanda-tandanya lagi, soalan itu halus. Nilai-nilai ini bergantung pada butir-butir eksperimen dan pengedaran galaksi bahan gelap; biasanya mendapat beberapa peratus. Tetapi satu perkara seolah-olah telah ditetapkan dengan jelas: kadar minimum atau maksimum pendaftaran mestilah sekitar 2 Jun.

Hari lain dalam majalah Surat Pemeriksaan Fizikal Satu artikel muncul menjelaskan bahawa kesimpulan yang tidak jelas itu salah. Ia menunjukkan bahawa kesan mekanikal yang sederhana dan lama – tumpuan graviti terhadap perkara gelap oleh Matahari – boleh sangat mengalihkan hari dimana kadar maksimum pendaftaran harus diperhatikan.

Kesan ini digambarkan dalam rajah. 1. Jika zarah benda gelap terbang melalui sistem solar dengan ketat dalam garis lurus, maka kepekatan mereka akan sama tanpa mengira musim. Maka modulasi yang benar-benar bermusim dari kadar pendaftaran akan berlaku hanya disebabkan oleh perubahan dalam kelajuan, seperti yang diterangkan di atas. Tetapi pada hakikatnya, zarah materi gelap merasakan tarikan graviti Matahari dan terpesong olehnya. Mereka terpesong ke dalam, seolah-olah oleh graviti Matahari memberi tumpuan kepada zarah zarah gelap. Ini membawa kepada peningkatan kepekatan bahan gelap di belakang Matahari, iaitu pada bulan Mac, berbanding dengan kepekatan di hadapan Matahari, pada bulan September.

Perlu ditekankan bahawa perubahan kepekatan ini agak kecil. Kelajuan zarah materi gelap agak tinggi, jadi ketika mereka melewati Matahari, trajektori mereka menyimpang sedikit, dari urutan darjah. Ini membawa kepada modulasi kepekatan beberapa peratus, tetapi kesan kecil ini harus dibandingkan dengan kesan kecil yang sama kerana kadar modulasi.Ternyata untuk gambaran sebenar turun naik bermusim, dua kesan kekuatan setanding harus diambil kira. Modulasi laju menyebabkan ayunan musim sejuk-musim panas, manakala modulasi kepekatan menyebabkan ayunan musim bunga-musim luruh. Operasi bersama kedua-dua kesan ini membawa kepada fakta bahawa turun naik bermusim bacaan pengesan tetap, tetapi maksimumnya akan berubah dalam masa. Untuk sebab tertentu, mereka tidak memberi perhatian kepada kesan ini lagi.

Pengarang artikel menyajikan hasil perhitungan berangka untuk model yang berbeza. Bergantung kepada ciri-ciri pengesan dan jisim zarah, kesan ini boleh menjadi tidak penting (zarah sangat ringan atau ambang pencetus pengesan terlalu tinggi) atau kuat. Untuk zarah yang agak berat bahan gelap dan untuk pengesan yang cukup sensitif, ternyata bahawa peralihan masa boleh beberapa minggu (Rajah 3).

Rajah. 3 Kedudukan yang diharapkan dari modulasi musiman maksimum untuk nilai parameter yang berlainan. Garisan patah – kedudukan maksimum tanpa memberi tumpuan graviti, lengkung – dengan mengambil kira kesan ini. Warna yang berbeza sesuai dengan zarah benda gelap jisim yang berbeza. Horizontally Nilai ambang pelepasan tenaga yang mana pengesan dicetuskan ditangguhkan. Ia dapat dilihat bahawa jika pengesan cukup sensitif (ambangnya rendah), maka perbezaan antara lengkung dan lekuk yang halus boleh sangat signifikan. Jadual artikel yang sedang dibincangkan

Adalah menarik untuk membandingkan nilai-nilai ini dengan keputusan DAMA. Kerjasama DAMA benar-benar melihat modulasi bermusim, dan, paling menariknya, maksimum dalam data mereka jatuh pada akhir Mei (26 Mei ± 7 hari). Walaupun tanpa memberi tumpuan graviti, ini konsisten dengan apa yang diharapkan dari zarah materi gelap (2 Jun). Sekarang, dengan mengambil kira kesan baru, ternyata keputusan DAMA lebih menyerupai modulasi yang diharapkan. Pengiraan menunjukkan bahawa pelepasan tenaga lebih lemah daripada perlanggaran zarah zarah gelap dengan bahan, zarah ini lebih perlahan bergerak. Dan ini bermakna, yang lebih kuat sepatutnya menjadi kesan graviti yang memberi tumpuan kepada zarah-zarah tersebut dan yang lebih besar harus menjadi pergeseran masa.

DAMA mempunyai analisis seperti ini. Kerjasama itu mengesahkan bahawa jika kita mengambil peristiwa tenaga rendah (pelepasan tenaga dari 2 ke 4 keV, pengesan tidak mendaftarkan kurang tenaga), maka terdapat maksimum jatuh pada 12 Mei ± 7 hari.Pengiraan dalam artikel meramalkan 19 Mei – perjanjian itu tidak begitu buruk. Pengarang artikel itu mendesak para penguji untuk menganalisis secara berasingan walaupun keadaan tenaga rendah, contohnya, dari 2 hingga 2.5 keV. Untuk nilai sedemikian, mereka meramalkan peralihan maksimum sudah pada akhir bulan April. Adalah dicadangkan untuk melakukan latihan yang sama untuk peserta dalam semua percubaan masa depan yang sensitif terhadap pelepasan tenaga pesanan 1 keV dan kurang.

Ia berguna untuk menekankan sekali lagi: modulasi bermusim adalah satu kesan, dan peralihan maksimum modulasi ini adalah satu lagi. Ramai ahli fizik yang ragu-ragu dengan hasil DAMA kerana perubahan bermusim itu sendiri boleh dikaitkan dengan alasan yang sangat normal, walaupun iklim. Tetapi sukar untuk membayangkan faktor-faktor iklim yang boleh mengubah maksimum untuk tenaga yang berlainan dengan cara yang berbeza. Sekiranya kesan yang dijelaskan dalam artikel itu sebenarnya ditemui, ia akan menjadi satu hujah baru – dan, mungkin, agak tidak dijangka – memihak kepada eksperimen dengan hasil yang positif.

Sumber: S K. Lee, M. Lisanti, A. H. G. Peter, dan B. R. Safdi. Kesan Fokus Gravitasi pada Modulasi Tahunan dalam Eksperimen Pengesanan Langsung-Matter // Fiz. Wahyu Lett. 112, 011301 (2013); Artikel ini juga boleh didapati sebagai e-print arXiv: 1308.1953.

Lihat juga:
1) V.A. Ryabov, V.A. Tsarev, A.M. Tskhovrebov. Pencarian zarah-zarah gelap gelap // UFN 178, 1129 (2008).
2) K. Freese, M. Lisanti, Ch. Savage. Kolokium: Modulasi tahunan bahan gelap // Wahyu Mod. Fiz. 85, 1561-1581 (2013); Artikel ini juga boleh didapati sebagai e-print arXiv: 1209.3339.

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: :???: :?: :!: