Karanlık madde nelerden oluşur? Süper akışkan helyum size söyler
Daha düşük kütle: zayıf etkileşimli ağır parçacıklar, ağır parçacıklar olmayabilir
Amerikalı bilim adamları, mevcut deneyler söz konusu olduğunda tespit edilemeyecek kadar hafif olan, düşük kütleli karanlık madde parçacıklarına karşı çok hassas olan yeni bir dedektör önerdiler. Cihaz, çekirdeği olarak süperakışkan helyum-4 kullanıyor ve zayıf etkileşimli ağır partiküllerle (WIMP'ler) çarpışmalar yoluyla süperakışkanın yüzeyinden çıkan tek helyum iyonlarını keşfetmek için alan iyonizasyonunu kullanıyor.
20. yüzyılın başından beri fizikçiler karanlık maddenin varlığını yıldızların ve galaksilerin hızının teorik değerden çok daha yüksek olduğu gerçeğiyle çıkardılar ve yerçekimi dalgalarının gözlemlenmesi yıldızların ve galaksilerin hızının çok hızlı olmasına neden olan diğer bazı hipotezleri geçersiz kıldı. Ayrıca karanlık maddenin varlığını da kanıtlıyor.
Dünya çapında düzinelerce deneysel işbirliğine rağmen, karanlık madde parçacıkları doğrudan tespit edilmedi, ancak zayıf etkileşimli ağır parçacıklar (WIMP'ler) hala çoğu fizikçinin tercih ettiği aday karanlık madde parçacıklarıdır.
Keşfedilmemiş bölge
Şimdiye kadar yapılan karanlık madde araştırmaları esas olarak daha büyük kütleli parçacıklara odaklanmıştır ve kütlesi 10 MeV / c2'den az (proton kütlesinin yaklaşık 10 katı) parçacıklara nispeten duyarsızdır.
Bazı teoriler, zayıf etkileşimli ağır parçacıkların kütlesinin bu değerden daha düşük olduğuna işaret ediyor, bu nedenle Brown Üniversitesi araştırmacıları Humphrey Maris, George Seidel ve Derek Stein, bu boşluğu doldurmak için bir dedektör modeli tasarladılar. Saptanabilir kalitenin alt sınırı, üç ila dört büyüklük sırası kadar artırılabilir.
Ekip, 4He'yi dedektör kalitesi olarak kullanmaya karar verdi, çünkü her çarpışmada daha ağır hedeflerinden daha fazla enerji emebilir ve düşük dahili radyoaktivitesi yanlış pozitif sonuçları en aza indirir. Karanlık madde parçacıkları hedef ile etkileşime girdiğinde, geri tepmiş helyum atomlarının fononları ve mikrovorteksleri tetiklemesi beklenir.Bu, kuasipartikül uyarılmış durumdur. Süperakışkan 4He'de, bu uyarılmış parçacıklar saçılma olmaksızın yayılabilir. Bu uyarılmış parçacıklar süperakışkanın yüzeyine ulaştığında, helyum atomları kuantum buharlaşması ile elimine edilecektir.
On yıl önce, Maris, Said ve Brown Üniversitesi'ndeki meslektaşları, HERON nötrino dedektörü için benzer bir teknoloji geliştirdiler. Bu deneyde, buharlaştırılmış helyum atomları, süper akışkanın üzerinde asılı duran bir silikon plaka kalorimetre üzerine biriktirildi ve bu da sıcaklıkta önemli bir artışa neden oldu. Maris, "Sıvı içinde büyük miktarda enerji biriktirilirse, bu da birçok mikrovorteks ve atomla sonuçlanırsa, bu yöntemin iyi bir etkisi vardır," diye açıkladı Maris. Ancak bu yöntem, az sayıda atomu tespit etmek için uygun değildir. Enerji birikimi kütle tarafından belirlenirse 1 MeV karanlık madde partiküllerine neden olur, sonra bu atomlar buharlaşır. "
Tek atom hassasiyeti
Bu yeni yöntemin yeniliği, tek tek atomlara olan duyarlılığıdır. Bu, minimum saptanabilir dönme hareketi enerjisini (karanlık madde çarpışmalarıyla helyum çekirdeğine aktarılan enerji) helyum atomlarının sıvıya bağlanma enerjisine eşit yapar. Mevcut uzun menzilli kalorimetreler bu kadar küçük bir enerji miktarına duyarlı olmadığından, düşük hızda püskürtülen tek bir helyum atomu ancak ilk önemli ivmede tespit edilebilir.
Brown Üniversitesi araştırma ekibi tarafından verilen yöntem, buharlaşmış helyum atomlarının pozitif yüklü bir metal uç dizisinden geçmesine izin vermektir.Güçlü bir yerel elektrik alan helyum atomlarını iyonlaştırır ve üretilen pozitif iyonlar, mevcut kalorimetre tarafından izlenebilen enerji aralığında hızlandırılır. Katot hareket eder.
"Artan alan iyonlaşması, helyumdaki enerji birikimini tespit etme olasılığını ortaya çıkarıyor. Önceki çalışmamıza kıyasla, helyumun enerji birikimi yaklaşık 10.000 kat daha küçük. Bu, kütle aralığını öncekinden çok daha düşük tespit etmemizi mümkün kılacak. Karanlık madde parçacıkları tespit edildi, "dedi Maris fizik dünyasına. Karanlık madde dağılımının standart halo modelini varsayarsak - bir galaksiye tek tip WIMP'ler (zayıf etkileşimli ağır partiküller) tarafından tek tip bir şekilde nüfuz edilir ve partiküllerin maksimum hızı galaksinin kaçış hızıdır.Araştırmacılar, bu tek atom duyarlılığının etkiyi sağlayabileceğini umuyor Saptanabilen karanlık madde parçacıklarının kütlesi 0.6 MeV / c2 veya proton kütlesinin binde birinden azdır.
Ekip ayrıca, dedektörün kütlesi olarak helyum yerine katı bir kristal hedef kullanarak, WIMP'lerle çarpışmalardan kaynaklanan fononların etkilerine karşı duyarlı olan, daha yüksek hassasiyete ulaşmak için bir çözüm önerdi. Kristali kaplayan helyum filmi, aynı uyarıma bağlı kuantum buharlaşma etkisini gösterecektir, ancak fononların enerji eşiği daha düşüktür. Ultra saf hedef kristal üzerine birkaç sezyum tabakası astarlayarak (4He'yi bağlama yeteneği özellikle zayıftır), helyum atomu filmi, WIMP'nin kütle hassasiyetini birkaç büyüklük derecesiyle daha da azaltabilir.
Referans
1. WJ Ansiklopedisi
2. Astronomik terimler
3. fizik dünyası- Marric Stephens-Chen Zui
İlgili herhangi bir içerik ihlali varsa, silmek için lütfen 30 gün içinde yazarla iletişime geçin
Lütfen yeniden basım için yetki alın ve bütünlüğü korumaya ve kaynağı belirtmeye dikkat edin
