Οι προηγούμενες κοσμολογικές και αστροφυσικές παρατηρήσεις υποδηλώνουν ότι πάνω από το ένα τέταρτο της ενεργειακής πυκνότητας του σύμπαντος αποτελείται από ένα μη συμβατικό τύπο ύλης γνωστό ως σκοτεινή ύλη. Αυτός ο τύπος ύλης πιστεύεται ότι αποτελείται από σωματίδια που δεν απορροφούν, εκπέμπουν ή αντανακλούν το φως και επομένως δεν μπορούν να παρατηρηθούν απευθείας χρησιμοποιώντας συμβατικές μεθόδους ανίχνευσης. Οι ερευνητές σε όλο τον κόσμο έχουν πραγματοποιήσει μελέτες που αποσκοπούν στην ανίχνευση της σκοτεινής ύλης στο σύμπαν, όμως μέχρι στιγμής κανένας από αυτούς δεν ήταν επιτυχής. Ακόμα και ο προτιμώμενος υποψήφιος για σκοτεινή ύλη, ασθενώς αλληλεπιδρώντα μαζικά σωματίδια (WIMP), δεν έχουν ακόμη παρατηρηθεί πειραματικά. Η συνεργασία του Dark Experiment (CDEX) της Κίνας, μια μεγάλη ομάδα ερευνητών στο πανεπιστήμιο Tsinghua και σε άλλα πανεπιστήμια της Κίνας, διεξήγαγε πρόσφατα έρευνα για έναν διαφορετικό υποψήφιο σκοτεινό κόσμο γνωστό ως σκοτεινό φωτόνιο . Ενώ η αναζήτηση ήταν ανεπιτυχής, το έγγραφό τους, που δημοσιεύθηκε στο Physical Review Letters , εντοπίζει νέους περιορισμούς σε μια παραμέληση σκοτεινών φωτονίων που θα μπορούσε να ενημερώσει μελλοντικές μελέτες. "Το σκοτεινό φωτόνιο, ένα υποθετικό αόρατο σωματίδιο, είναι ένας ελκυστικός υποψήφιος σκοτεινής ύλης, ο οποίος θα μπορούσε επίσης να είναι ένας νέος διαμεσολαβητής αλληλεπίδρασης μεταξύ της σκοτεινής ύλης και της φυσιολογικής ύλης", δήλωσε ο Qian Yue, ένας από τους ερευνητές που πραγματοποίησε τη μελέτη. . "Η μελέτη και η ανίχνευση της σκοτεινής ύλης μπορεί να συμβάλει στην επέκταση του πρότυπου μοντέλου (SM) της σωματιδιακής φυσικής και να επεκτείνει τις γνώσεις μας για το σύμπαν". Η συνεργασία CDEX διεξάγει έρευνες για ελαφριά σκοτεινή ύλη εδώ και αρκετό καιρό, χρησιμοποιώντας έναν ανιχνευτή γερμανίου που έρχεται σε επαφή με σηματοδότη τύπου p, που έχει τοποθετηθεί στο υπόγειο εργαστήριο China Jinping (CJPL). Το CJPL είναι το πιο βαθύ υπόγειο ερευνητικό κέντρο στον κόσμο, με ένα υπερβολικό φορτίο βράχου 2400 μέτρων. Σχηματικό σχέδιο της πειραματικής εγκατάστασης του CDEX-10 με τη συμβολοσειρά ανιχνευτή. Πιστοποίηση: She et al. Ο ανιχνευτής που χρησιμοποιείται από τους ερευνητές αποτελείται από τρεις αλυσίδες ανιχνευτών γερμανίου τριπλού στοιχείου, που περιβάλλεται από χαλκό απαλλαγμένο από οξυγόνο πάχους 20 εκατοστών, υψηλής καθαρότητας, ο οποίος λειτουργεί ως παθητική ασπίδα έναντι της ραδιενέργειας στο περιβάλλον. Αυτό το όργανο είναι άμεσα βυθισμένο σε υγρό άζωτο για να διατηρήσει σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες. "Τα σκοτεινά φωτόνια μπορούν να ανιχνευθούν πειραματικά μέσω της απορρόφησης και της μετατροπής τους σε ηλεκτρόνια στους ανιχνευτές γερμανίου με μια διαδικασία ανάλογη με τη φωτοηλεκτρική επίδραση των φωτονίων SM", εξήγησε ο Yue. "Οι πηγές έντονων φωτονίων, π.χ. ο ήλιος, παρέχουν μια εξαιρετική πλατφόρμα για να βρουν σκοτεινά φωτόνια. Σε μια περιοχή 100 eV, το χαμηλό όριο ενέργειας των ανιχνευτών γερμανίου με επαφή σημείων είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για μελέτες σκοτεινών φωτονίων". Στην πρόσφατη δημοσίευσή τους, ο Yue και οι συνεργάτες της ανέλυσαν τα δεδομένα που συλλέχθηκαν με τη χρήση του ανιχνευτή στο CJPL μεταξύ Φεβρουαρίου 2017 και Αυγούστου 2018, αναζητώντας ηλιακά σκοτεινά φωτόνια και σκοτεινά φωτόνια, δύο υποψήφιους για σκοτεινή ύλη. Ενώ οι ερευνητές δεν μπόρεσαν να παρατηρήσουν σημάδια που έδειξαν κάποιον από αυτούς τους υποψήφιους, κατάφεραν να θέσουν περιορισμούς στην παράμετρο της αποτελεσματικής κινητικής ανάμειξης μεταξύ σκοτεινών φωτονίων και φωτονίων SM. "Ως ελκυστικός υποψήφιος για τη σκοτεινή ύλη και έναν νέο πιθανό μεσολαβητή αλληλεπίδρασης μεταξύ σκοτεινής ύλης και φυσιολογικής ύλης, το σκοτεινό φωτόνιο είναι ελκυστικό για περαιτέρω θεωρητικές και πειραματικές προσπάθειες", δήλωσε ο Yue. "Η εργασία μας έχει εξετάσει ένα νέο χώρο παραμέτρων και θέτει τα πιο αυστηρά όρια στα ηλιακά σκοτεινά φωτόνια μεταξύ των πειραμάτων άμεσης ανίχνευσης." Η πρόσφατη μελέτη που πραγματοποίησε ο Yue και οι συνεργάτες του παρέχουν κάποια πολύτιμη νέα ανατροφοδότηση που θα μπορούσε να ενημερώσει τις μελλοντικές έρευνες για τη σκοτεινή ύλη, ιδιαίτερα για τα σκοτεινά φωτόνια. Επιπλέον, το έργο τους ενισχύει το σημερινό παγκόσμιο ενδιαφέρον για την εξερεύνηση άλλων υποψηφίων σκοτεινής ύλης, πέρα από τα WIMP και το κανάλι ανίχνευσής τους για ελαστική διασκορπισμό με τον πυρήνα. "Για να προωθηθεί περαιτέρω η αναζήτηση ελαφριάς σκοτεινής ύλης , θα εγκαταστήσουμε εκ νέου τη συστοιχία ανιχνευτών CDEX-10 σε μια νέα, μεγαλύτερη δεξαμενή υγρού αζώτου με όγκο περίπου 1700 m 3 στο Hall-C του νέου CJPL-II εργαστήριο κατά τα επόμενα δύο χρόνια, όπου η θωράκιση από την ραδιενέργεια περιβάλλοντος παρέχεται από το υγρό άζωτο πάχους 6 μέτρων ", ανέφερε ο Yue. "Πρόσθετοι ανιχνευτές γερμανίου, μέχρι περίπου 100 κιλά, σχεδιάζονται για ανάπτυξη στην κρυο-δεξαμενή με μειωμένο υπόβαθρο και υψηλότερη αποτελεσματικότητα ανίχνευσης.
No comments:
Post a Comment