Qorong'u materiya past energiyali chegaralarda yashirinishi mumkin - dalillar bor

Mundarija:

Qorong'u materiya past energiyali chegaralarda yashirinishi mumkin - dalillar bor
Qorong'u materiya past energiyali chegaralarda yashirinishi mumkin - dalillar bor
Anonim

Qorong'u materiya detektorlarining yangi avlodidagi sirli effektlar inqilobiy kashfiyotni e'lon qilishi mumkin. O'tgan bir yil mobaynida ushbu detektorlar bilan ishlaydigan olimlar birdaniga kam energiyali ekspozitsiyalarning ko'payishi yoki oshib ketishini payqashdi.

O'nlab yillar davom etgan izlanishlardan keyin ham olimlar qorong'u materiyaning bir zarrasini topa olishmadi. Olimlar moddaning bu shakli borligi haqida deyarli "temir" dalillarni keltirishadi, lekin hozirgacha uning nimadan iboratligini aniqlash imkoni bo'lmadi. Bir necha o'n yillar davomida fiziklar qorong'u materiya og'ir va gipotezaga sodiq qolishgan, ular laboratoriya sharoitida osongina aniqlanishi mumkin bo'lgan zaif o'zaro ta'sir qiluvchi massali zarralar - WIMPlardan iborat.

Biroq, ko'p yillik izlanishlarga qaramay, olimlar hali WIMP -larni topa olishmadi. Va fiziklar qidirishni yanada katta ishtiyoq bilan boshladilar. Tadqiqotchilar tobora ko'proq aniq tajribalar o'tkazib, ko'proq ma'lumot to'playotganda, detektorlar massadan engilroq bo'lgan qorong'u materiya zarralarini qanday tutishi mumkinligini yoritadigan gipotezalar qayta baholanmoqda. Va shu yilning boshida arXiv oldindan chop etish serverida. org, fizikadagi o'zgarish ramziga aylangan ikkita maqola chop etildi. Bu maqolalarda mualliflar birinchi bor kuchini quyuq materiya hosil qilgan plazmonlarni (elektronlarda moddalarning kollektiv harakatlari) izlashga qaratishni taklif qilmoqdalar.

Qog'ozlarning birinchisi Milliy tezlatgich laboratoriyasida qorong'u moddalarni o'rganishga ixtisoslashgan bir guruh olimlar tomonidan yozilgan. Enavo Fermi (Fermilab), Bataviya, Illinoys shtati, shuningdek, Illinoys universiteti Urbana-Champaign va Chikago universiteti mutaxassislari. Olimlar kam massali qorong'u materiya plazmonlar hosil qilish qobiliyatiga ega deb taxmin qilishdi va bu zarralarni ba'zi detektorlar yordamida ushlash mumkin. San-Diyegodagi UC fiziklari Tongyan Lin va Jonatan Kozachuk ushbu yangilikdan ilhomlanib, detektorlar kam massali qorong'u moddalarni aniqlashga qodirligini hisoblashdi.

"Biz" Plazmon, plazmon, plazmon! "Deb baqiramiz, chunki bu qiziq hodisa, bizning fikrimizcha, qorong'u materiya tajribalarini tushuntirishga yordam beradi",-deydi maqolalarning birinchi hammuallifi va qorong'u materiya bo'yicha ekspert Gordan Krnayich. Fermilab va Chikago universitetining Kavli nomidagi kosmologik fizika instituti, zarracha fiziklari, astrofiziklar bilan birga, o'n yildan buyon quyi massali qorong'u moddalarni aniqlash muammosini o'ylaydilar, balki kimyo va materialshunoslar)., qorong'u materiya.

"Menimcha, bu juda zo'r", - xitob qiladi Quddus ibroniy universitetining nazariy fizigi Yonit Xochberg, Krnajayc jamoasi erishgan natijalarga izoh bergan (garchi Yonit yuqorida aytib o'tilgan maqolalarning hech birida bevosita ishtirok etmagan bo'lsa). "Noma'lum tarzda harakat qila oladigan [plazmonlar] borligi, menimcha, haqiqatan ham qo'shimcha o'rganishni talab qiladigan juda muhim natijadir."

Ba'zi olimlar birinchi chop etilgan maqola natijalariga katta shubha bilan qarashadi. Kaliforniya Texnologiya Institutining qorong'u materiya tadqiqotchisi Katrin Zurek aytganidek, masalan, "meni ishontirmaydi" maqolasi va "Men uning qanday ishlashini tushunmayapman", deb qo'shib qo'ydi. (Biz Zurek ham ushbu maqolalarni yozishda qatnashmaganligini qo'shamiz).

O'z navbatida, birinchi maqolaning hammualliflaridan biri Nuh Kurinskiy, u Fermilab va Kosmologik fizika institutida qorong'u moddalarni o'rganish sohasida tajriba faoliyati bilan shug'ullanadi. Kavli, ekspertlarning tanqid qilish faktining o'zi odatiy emas, deb hisoblaydi. Biz ularga vazifa qo'ydik: adashganimizni isbotlash. Va bu, menimcha, fizikaning bu sohasida olib borilayotgan tadqiqotlarga katta foyda keltiradi. Ular shunday qilishlari kerak, - deydi Kurinski.

Harakatlarni birlashtirish

Deyarli hech qanday iz qoldirmaydigan, ko'rinmas moddaning ovi odatda shunday bo'ladi: qorong'u modda zarralarini aniqlash uchun fiziklar biron bir materialni olib, uni er osti chuquriga joylashtirib, uskunaga ulab, so'ng kutishadi. signalni tuzatishga umid. Xususan, olimlar qorong'u materiya zarrasi detektorga to'g'ridan -to'g'ri tushadi, natijada elektronlar, fotonlar yoki hatto issiqlik aniqlanadi, deb umid qilishadi.

Qorong'u materiyani aniqlashning nazariy yondashuvlari 1985 yilga to'g'ri keladigan maqolada bayon etilgan; unda neytrino detektorini qorong'u materiya zarralarini qidirish uchun qanday qilib qayta yo'naltirish mumkinligi tasvirlangan. Maqolada ko'rsatilgandek, kiruvchi qorong'u modda zarrasi detektor ishlab chiqarilgan moddaning atom yadrosiga urilib, unga turtki berishi mumkin, xuddi bitta bilyard to'pi boshqasi bilan to'qnashganda, oxirgisiga turtki beradi. Bu to'qnashuv natijasida, yadroga etarlicha qattiq urilgan qorong'u materiya tezlik beradi, buning natijasida elektron yoki foton uchib ketadi.

Hamma narsa yuqori energiyada ajoyib bo'lib chiqadi. Detektordagi atomlarni diskret va bir -biriga aloqasi bo'lmagan erkin zarrachalar sifatida ko'rish mumkin. Biroq, past energiyada rasm o'zgaradi.

"Ammo detektorlar erkin zarrachalardan iborat emas",-deb yozadi birinchi maqolaning hammuallifi Yonatan Kan, Illinoys shtatidagi Urbana-Champeyn universiteti, qorong'u materiyani o'rganadi. "Ular juda aniq materialdan qilingan. Agar siz detektoringiz qanday ishlashini aniq bilmoqchi bo'lsangiz, shuning uchun siz ushbu material haqida barcha ma'lumotlarga ega bo'lishingiz kerak."

Detektor ichida kichik massali qorong'u materiya zarrasi hali ham tezlikni uzatadi, lekin zarba natijasida qolgan zarrachalar bilyarddagi to'plar singari tarqalmaydi, balki tebrana boshlaydi. Boshqacha aytganda, bu erda stol tennisi to'pining o'xshashligi ko'proq o'rinli.

"Biz quyi massaga ega bo'lgan qorong'u materiyaga o'tishimiz bilan, bu erda boshqa nozikroq effektlar paydo bo'la boshlaydi", deb tushuntiradi Lin. Bu nozik effektlar fiziklar "kollektiv qo'zg'alishlar" deb atashni anglatadi. Va bu erda ma'no shundaki: agar bir vaqtning o'zida bir nechta zarrachalar harakat qilsa, ularni bir butun sifatida, masalan, ko'plab tebranuvchi atomlardan iborat tovush to'lqini sifatida tasvirlash qulayroqdir.

Agar elektronlar shunday yo'l tuta boshlasa, bu holda plazmonlar paydo bo'ladi. Agar atom yadrolari guruhi tebrana boshlasa, ularning kollektiv qo'zg'alishi fonon deyiladi. Bu hodisa astrofiziklar va yuqori energiyali fiziklar tomonidan qorong'u materiyani o'rganishda uchraydi; ammo, ular buni ahamiyatsiz deb bilishadi.

Bir paytlar fizika bo'yicha Nobel mukofoti laureati Filipp Anderson ta'kidlaganidek, "boshqacha ma'noni anglatadi", ya'ni biz tizim o'sishi bilan uning xulq -atvor qonunlari mutlaqo boshqacha bo'lishi mumkinligini tan olish haqida gapirayapmiz., 1972. "Ko'proq boshqacha", ya'ni Ko'proq boshqacha, - taxminan. tarjima.]. Masalan, bir tomchi suv o'zini bitta suv molekulasidan (H2O) farq qiladi. "Men bu kontseptsiyaga to'liq berilib ketdim", deydi Yonatan Kan.

Ikkala qog'ozda ham ishlatilgan plazmon ishlab chiqarish usullari bir -biridan biroz farq qiladi. Biroq, mualliflar bir xil xulosaga kelishadi: biz haqiqatan ham plazmonlar ishlab chiqarilishini ko'rsatuvchi signallarni izlashimiz kerak. Xususan, Lin va Kozachukning hisob-kitoblariga ko'ra, quyi massali quyuq modda bilan plazmon hosil bo'lish tezligi elektron yoki foton paydo bo'lish tezligining o'ndan mingdan biriga teng bo'ladi. Bu qiymat dargumon bo'lib tuyulishi mumkin, lekin fiziklar uchun bu juda to'g'ri.

Qorong'ida energiya kuchayadi

Yaqin vaqtgacha qorong'u moddalarni aniqlash uchun eng sezgir detektorlar suyuq ksenonli ulkan suv omborlaridan foydalangan. Biroq, so'nggi bir necha yil ichida ularning o'rnini yangi avlod kichikroq qattiq holli detektorlar egalladi. Ular EDELWEISS III, SENSEI va CRESST-III qisqartmalari bilan tanilgan va germaniy, kremniy va sxelit kabi materiallardan qurilgan. Bunday detektorlar qorong'u materiya bilan to'qnashuvga sezgir, natijada faqat bitta elektron paydo bo'lishi mumkin.

Ammo barcha detektorlar, ularning himoya darajasidan qat'i nazar, tashqi shovqinlarga sezgir bo'lib, ularning manbalari, masalan, fon nurlanishi bo'lishi mumkin. Shunday qilib, o'tgan yili, qorong'u materiyaning bir nechta detektorlari bilan ishlaydigan olimlar birdaniga past energiyali ta'sirlar sonining ko'payishi yoki oshishini qayd qila boshladilar, lekin ular bu haqiqatni indamay o'tdilar.

Kurinski va uning hamkasblari maqolasida qorong'u materiya bilan qilingan turli tajribalarda kuzatilgan bunday kam energiyali "ortiqcha" larning o'xshashligi birinchi marta qayd etilgan. Ko'rinib turibdiki, bu haddan oshishning bir qismi har bir kilogramm detektor massasiga 10 gerts atrofida to'plangan. Va detektorlar har xil materiallardan yasalgan, bir -biridan mutlaqo boshqacha joyda joylashgan va har xil sharoitda ishlaganligi uchun, qorong'u materiyaning nozik ta'siridan tashqari, bu g'alati izchillikning boshqa universal sabablari deyarli yo'q. Keyingi ilmiy munozaralar Lin kabi boshqa fiziklarning e'tiborini tortdi, ular tezda plazmonaga tegishli matematikaga kirishdilar. Ammo hatto Lin shubhalanadi: agar hozirgi vaqtda o'tkazilgan tajribalar natijalari shuni ko'rsatadiki, plazmonlar qorong'u materiya emas, balki boshqa narsa tufayli hosil bo'ladi? "Men qora materiya sabab emas deb aytmayman. Men aytamanki, qorong'u materiya hozircha menga ishontirmaydigan omil bo'lib tuyuladi, - deydi Lin.

Bu gipoteza bir necha bor sinovdan o'tkaziladi va qayta tekshiriladi, chunki yangi ma'lumotlar oxirgi qorong'u materiya detektorlaridan keladi. Ammo hozirda detektorlar sirli moddani aniqlayaptimi yoki yo'qmi, muhim emas. Endi fizikaning bu sohasida ishlaydigan olimlar past massali qorong'u materiyaning plazmoni va boshqa xatti-harakatlarini o'rganmoqdalar. Tadqiqotlar davom etmoqda.

"Men ko'p xatolarga yo'l qo'yganimizni istisno qilmayman, lekin ularning barchasi o'zlariga qiziqish uyg'otadi", deydi Krzaych.

Tavsiya: