Физики всего мира продолжают поиски темной материи

Прочитано: 323 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (1 голосов, среднее: 5,00 из 5)
Loading ... Loading ...


Физики всего мира продолжают поиски темной материи, неуловимого типа материи, которая не поглощает, не отражает и не излучает свет и, как считается, составляет большую часть материи во Вселенной. Тип темной материи, который специально искали многие команды, — это темная материя субГэВ, частицы темной материи с массами ниже ГэВ (гигаэлектронвольт).

Коллаборация PandaX-II, большая группа исследователей, работающих в различных институтах и ​​университетах Китая, недавно провела поиск темной материи, усиленной космическими лучами , используя данные, собранные детектором PandaX-II, расположенным в Китае. Лаборатория. Их результаты, опубликованные в журнале Physical Review Letters (PRL) , расширяют пространство исследуемых параметров темной материи до масс от 0,1 МэВ до ГэВ.

«Легкая темная материя, масса которой меньше массы протона, обычно не исследовалась при прямом обнаружении, поскольку она не может производить достаточно большую ядерную отдачу, чтобы превысить порог детектора», — сообщили исследователи Phys.org по электронной почте. «К счастью, легкие частицы темной материи в космосе могут быть подброшены космическими лучами , чтобы иметь релятивистскую скорость. Это позволяет им преодолеть порог прямого обнаружения , как впервые указали исследователи Торстен Брингманн и Максим Поспелов ».

В своем недавнем исследовании коллаборация PandaX-II специально рассмотрела дневной сигнал модуляции темной материи, который «усиливается» космическими лучами. Для этого они проанализировали данные, собранные детектором PandaX-II в последнем испытании эксперимента.

Их анализ основан на одной из их предыдущих феноменологических статей, опубликованных в начале 2021 года в PRL . В этой предыдущей работе команда впервые заметила, что усиленная космическими лучами темная материя, в основном происходящая из ядра нашей галактики, имеет уникальную модуляционную характеристику.

«Темная материя проходит определенное расстояние внутри Земли, прежде чем достичь детектора, которое сильно варьируется от 2 км до 13 000 км в зависимости от вращения Земли», — говорят исследователи. «Чем больше расстояние, тем сильнее эффекты затухания».

Основываясь на своих наблюдениях, коллаборация PandaX-II поняла, что сочетание расстояния, которое темная материя преодолела внутри Земли, и ее эффектов затухания привели к уникальной суточной модуляции. Таким образом, в своем новом исследовании они намеревались экспериментально найти эту суточную модуляцию, анализируя реальные данные, собранные в ходе эксперимента PandaX-II.

«Мы использовали полные данные, в общей сложности 100 тонн в день, собранные в ходе эксперимента PandaX-II в китайской подземной лаборатории Цзиньпин», — пояснили исследователи. «В дополнение к уникальному звездному времени мы также рассмотрели характерное распределение высокой энергии отдачи событий. Эти две отличительные особенности используются для подавления фона и повышения чувствительности сигнала».

Во-первых, команда сделала ряд теоретических соображений. В частности, они тщательно рассмотрели распределение темной материи и космических лучей в нашей галактике, используя ряд теоретических моделей.

«Мы смоделировали распространение темной материи на Земле, используя полный метод моделирования Монте-Карло, включая подробный профиль горы Цзиньпин», — говорится в сообщении коллаборации PandaX-II. «Чтобы избежать систематической неопределенности, связанной с некогерентным и неупругим рассеянием через Землю, мы установили отсечку энергии на уровне 200 МэВ, что привело к консервативному и надежному исключению».

Недавний анализ, проведенный этой группой исследователей, может внести значительный вклад в поиски темной материи с энергией менее ГэВ. Фактически, их результаты значительно расширяют диапазон исследуемых параметров для темной материи с 0,1 МэВ до ГэВ, охватывая важный тип взаимодействий темной материи и нуклонов, который ранее был недоступен для астрофизических и космологических исследований.

Используя ту же экспериментальную установку и наборы данных, которые использовались в их предыдущих анализах, команде удалось получить дополнительную информацию, в конечном итоге расширив «территорию», изучаемую экспериментами, направленными на непосредственное обнаружение темной материи. В настоящее время коллаборация PandaX проводит новый эксперимент, известный как эксперимент PandaX-4T. Команда планирует провести дальнейший анализ вновь собранных данных.

«Ожидается, что этот новый эксперимент улучшит экспозицию более чем на порядок и значительно уменьшит фон», — добавили исследователи. «В наших следующих исследованиях мы будем использовать новые данные для дальнейшего повышения чувствительности обнаружения легкой темной материи с помощью механизма ускорения космическими лучами. Мы также будем активно искать уникальные каналы, чтобы максимально использовать наши данные для поиска новой физики. явления вообще».

Физики всего мира продолжают поиски темной материи



Новости партнеров