Znajdź zawartość

Nowe dane z najczulszego na świecie wykrywacza ciemnej materii pozwalają zawęzić obszar poszukiwań, przybliżając nas do odkrycia jednej z największych tajemnic wszechświata. Jednocześnie jednak pokazują, że odnalezienie cząstek ciemnej materii będzie bardzo trudne. O ile w ogóle zostaną znalezione, gdyż eksperyment o którym mowa – LUX-ZEPLIN – szuka słabo oddziałujących masywnych cząstek (WIMP). Nigdy ich nie zarejestrowano, jednak są one jednym z głównych kandydatów na cząstki, z których składa się ciemna materia. Nowe dane opublikowano przed trzema dniami podczas TeV Particle Astrophysics 2024 Conference w Chicago oraz LIDINE 2024 Conference w São Paulo. Znajdujący się w Sanford Underground Research Facility w Dakocie Południowej LUX-ZEPLIN to najbardziej czuły eksperyment poszukujący ciemnej materii, przede wszystkim WIMPów. Pracuje przy nim ponad 250 naukowców z USA, Wielkiej Brytanii, Szwajcarii, Australii, Portugalii i Korei Południowej. Najnowsze dane oznaczają znaczący postęp w stosunku do wcześniejszych poszukiwań WIMP. Przeszukaliśmy wielki zakres mas, w których cząstki ciemnej materii mogłyby wchodzić w interakcje ze zwykłą materią i nie znaleźliśmy ciemnej materii. Jej poszukiwania to zdecydowanie maraton, a nie sprint. LZ zebrał trzykrotnie więcej danych, niż dotychczas przeanalizowaliśmy, więc piłka wciąż jest w grze, mówi profesor Henning Flaecher z Uniwersytetu w Bristolu. LZ nie znalazł WIMPów powyżej masy 9 GeV/c2. Trzeba tutaj zauważyć, że 1 GeV/c2 to masa atomu wodoru. Jeśli porównamy poszukiwania ciemnej materii z szukaniem zakopanego skarbu, to wykopaliśmy 5-krotnie głębszą dziurę niż wcześniejsi poszukiwacze. Jednak aby to zrobić nie wystarczy i milion łopat. Trzeba stworzyć nowe urządzenie, obrazowo opisuje wysiłki naukowców profesor Scott Kravitz z University of Texas w Austin. Wykrywacz musi pracować przez 1000 dni, by możliwe było wykorzystanie jego maksymalnej czułości. Obecna analiza zawiera dane z 280 dni pracy. Pochodzą one z 220 dni pomiędzy marcem 2023 a kwietniem 2024 oraz z 60 dni podczas pierwszej kampanii badawczej. Pełny zestaw 1000 dni pracy naukowcy chcą osiągnąć przed końcem 2028 roku. LZ usiłuje zarejestrować interakcje pomiędzy materią a ciemną materią. Urządzenie musi być więc niezwykle precyzyjnie skalibrowane, by maksymalnie zredukować szum tła. Wykrywacz znajduje się niemal 1,5 kilometra pod ziemią. To w znacznym stopni chroni go przed promieniowaniem kosmicznym. Jego sercem jest zbiornik zawierający 7 ton czystego ksenonu oraz 500 fotodetektorów, które mają zarejestrować rozbłysk światła pochodzący z interakcji pomiędzy WIMP a jądrem ksenonu. Urządzenie zbudowane zostało z tysięcy ultraczystych elementów o bardzo niskim promieniowaniu. Jego konstrukcja jest warstwowa, przypomina cebulę. Każda z warstw ma blokować zewnętrzne promieniowanie lub śledzić interakcje pomiędzy cząstkami, by wykluczyć fałszywe sygnały. Podczas najnowszej analizy po raz pierwszy zastosowano też technikę celowego dodawania fałszywych sygnałów. Dzięki temu podczas analizy naukowcy wiedzą, że mają w danych fałszywe sygnały – nie wiedzą jednak które to – a to pozwala na uniknięcie sytuacji, w której zbyt pochopnie uzna się jakiś sygnał na wskazujący na istnienie WIMP. Ludzie mają tendencję do dostrzegania wzorców w danych. Jest więc bardzo ważnym, by unikać wszelkich tego typu pomyłek, dodaje profesor Scott Haselschwardt z University of Michigan. « powrót do artykułu

Badający neutrina fizycy z projektu MicroBooNE ogłosili, że udało im się ustalić przekrój czynny neutrino rozpraszanego na argonie. To niezwykle ważne wydarzenie, gdyż pozwoli na osiągnięcie zakładanych celów naukowych budowanemu właśnie olbrzymiemu wykrywaczowi neutrin DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment). Neutrina to niewielkie cząstki subatomowe, które z jednej strony wstępują niezwykle powszechnie, z drugiej zaś – bardzo trudno jest je zarejestrować. Poruszają się z prędkością bliską prędkości światła, w każdej sekundzie miliardy tych cząstek bombardują Ziemię i nasze organizmy. Te cząstki są tak małe, że neutrino mogłoby przelecieć przez ołowianą ścianę grubości roku świetlnego, nie zderzając się przy tym z żadnym atomem. Ich zarejestrowanie jest więc niezwykle trudne, a ich zrozumienie może ujawnić nam wiele sekretów wszechświata. W ramach eksperymentu MicroBooNE prowadzonego w słynnym Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) dane na temat neutrin gromadzone są od 2015 roku. Informacje te przydadzą się m.in. do skonstruowania eksperymentu DUNE. MicroBooNE i DUNE wykorzystują ciekłoargonowe komory projekcji czasowej (low-noise liquid-argon time projection chamber, LArTPC). To niezwykle skomplikowany wykrywacz, który rejestruje neutrina przelatujących przez zbiornik z ciekłym argonem o temperaturze -186 stopni Celsjusza. Neutrino jest rejestrowane, gdy wejdzie w interakcję z atomem argonu. MicroBooNE służy jako urządzenie testowe dla znacznie większego DUNE. DUNE będzie składał się z dwóch wykrywaczy neutrin. Jeden z nich będzie rejestrował interakcje neutrin w pobliżu źródła ich generowania. Źródłem tym będzie Main Injector w Fermilab. Niedaleko źródła znajdzie się pierwszy, mniejszy wykrywacz. Kolejny zaś jest budowany 1300 kilometrów dalej, w nieczynnej kopalni złota w miejscowości Lead w Dakocie Południowej. Powstaje tam gigantyczny zbiornik zawierający 40 000 ton ciekłego argonu. Urządzenia będą rejestrowały interakcje neutrin z atomami argonu. Jednak, aby naukowcy mogli wyciągnąć z uzyskanych danych odpowiednie wnioski, muszą jak najwięcej o tych interakcjach się dowiedzieć. Dlatego właśnie tak ważne są prace MicroBooNE. Najpowszechniej wykorzystywanymi tarczami w eksperymentach z neutrinami są żelazo, tlen (wchodzący w skład wody), węgiel (jako olej mineralny) i argon. Jako że komory LArTPC mają wiele zalet, naukowcy chcą jak najlepiej poznać interakcje argonu i neutrino. Przekrój czynny neutrino rozpraszanego na argonie pokazuje, jak argon reaguje na neutrino, z czym mamy do czynienia w MicroBooNE i DUNE. Naszym ostatecznym celem jest badanie neutrin, ale do tego potrzebujemy lepszego zrozumienia, w jaki sposób neutrina oddziałują z materiałem w wykrywaczach, takim jak np. atomy argonu, mówi Xin Qian z Brookhaven National Laboratory. Jednym z najważniejszych zadań stojących przed DUNE będzie badanie oscylacji neutrin pomiędzy neturino mionowym, elektronowym i taonowym. Naukowcy wiedzą, że oscylacje te zależą m.in. od energii neutrin. Ale określenie tej energii jest bardzo trudne. Zarówno dlatego, że same interakcje w jakie wchodzą neutrina są złożone, ale i w każdym strumieniu neutrin cząstki mają różną energię. Dopiero dokładne określenie przekroju czynnego w zależności od energii pozwoli na zdobycie najważniejszych informacji na temat oscylacji neutrin. Gdy poznamy przekrój czynny, będziemy mogli odwrócić obliczenia i – na podstawie olbrzymiej liczby interakcji – określić przeciętną energię, zapach i właściwości oscylacji neutrin, dodaje Wenquiang Gu, który stał na czele zespołu analityków z Brookhaven Lab. Ze szczegółami badań oraz uzyskanymi wynikami można zapoznać się na łamach Physical Review Letters. « powrót do artykułu

Układ Słoneczny przemieszcza się przez wszechświat z prędkością 370 km/s. Wraz z nim przemieszcza się Ziemia, która na swojej drodze napotyka ciemną materię. Wykrywacze ciemnej materii, jak XENON1T, rejestrują zderzenia z cząstkami ciemnej materii. Jednak nie określają, z jakiego kierunku nadeszła cząstka. A to poważnie ogranicza możliwości badawcze. XENON1T to wyjątkowe urządzenie. To jeden z najczulszych wykrywaczy ciemnej materii, w którym zaobserwowano najrzadsze zjawisko we wszechświecie, wykryto tajemnicze sygnały, a naukowcy zaproponowali kilka interesujących pomysłów na ich interpretację. Teraz Ciaran O'Hare i jego koledzy z University of Sydney przetestowali projekt nowego detektora ciemnej materii, który nie tylko wykryje obecność jej cząstek, ale również określi kierunek, z którego nadeszły. Uczeni przeprowadzili pierwszą symulację działania ich wykrywacza i poinformowali o bardzo obiecujących wynikach. Nowy wykrywacz ciemnej materii ma bazować na DNA. Podwójne helisy kwasów nukleinowych miałyby tworzyć gęsty las zwisając z warstw złotych płacht. Pozycja każdej z nici DNA byłaby znana z nanometrową dokładnością. Gdy cząstka ciemnej materii trafi do takiego wykrywacza i uderzy w którąkolwiek z nici DNA, rozbije ją, a odłamane fragmenty wpadną do położonego poniżej specjalnego układu mikroprzepływowego. Za pomocą techniki PCR potrafimy precyzyjnie badać sekwencję par bazowych kwasów nukleinowych, zatem będziemy mogli z nanometrową precyzją określić oryginalną pozycję każdego z odłamanych fragmentów, stwierdzają naukowcy. W ten sposób możliwe będzie śledzenie trasy cząstek ciemnej materii w detektorze. Pomysł detektora ciemnej materii opartego na DNA pojawił się już w 2012 roku. Teraz po raz pierwszy udało się przeprowadzić symulację pracy takiego detektora, by sprawdzić, czy ma on szansę działać. Badacze wzięli pod uwagę różne potencjalne typy cząstek, różne energie i kierunki. Doszliśmy do wniosku, że oparty na DNA detektor byłby ekonomicznym, przenośnym i potężnym wykrywaczem nowych cząstek, stwierdzają uczeni. Nowy detektor byłby znacznie mniejszy i tańszy niż obecnie istniejące i budowane wykrywacze ciemnej materii. Nie jest jednak doskonały. Detektor DNA nie jest w stanie dostarczyć wystarczająco dużo informacji, by móc określić rodzaj cząstki czy jej dokładną energię. Dlatego też takie wykrywacze będą prawdopodobnie używane jako uzupełnienie tych tradycyjnych. « powrót do artykułu