Ultragevoelige detector voor donkere materie net gelanceerd

Het LUX-ZEPLIN (LZ) Experiment Team heeft vandaag de resultaten bekendgemaakt van zijn eerste wetenschappelijke proef; Het experiment is ’s werelds meest gevoelige donkeremateriedetector, en hoewel het bij deze eerste run geen donkere materie vond, bevestigde het team dat het experiment werkte zoals verwacht.

De LZ-experimentdetector bestond uit geneste tanks met vloeibaar xenon, elk 1,5 m hoog en 1,5 m breed, begraven onder het zuiden Dakota. Het idee is dat een deeltje van donkere materie dat door de ruimte gaat, uiteindelijk terugkaatst op een van de xenon-atomen, waardoor elektronen uitvallen in een flits die door het experiment werd vastgelegd. De tank werd ongeveer anderhalve kilometer onder de grond begraven om de hoeveelheid achtergrondgeluid te verminderen. De aankondiging van vandaag komt na 60 dagen gegevensverzameling die liep van 25 december tot 12 mei.

“We zijn op zoek naar zeer, zeer lage energiekaatsingen volgens de normen van de deeltjesfysica. Het is een zeer, zeer zeldzaam proces, als het al zichtbaar is”, zei Hugh Lippincott, een natuurkundige aan de Universiteit van Californië, Santa Barbara en een lid van het LZ-team, vandaag op een persconferentie van donkere materie binnen 10 miljoen lichtjaar van lood en we verwachten slechts één interactie aan het einde van dat lichtjaar.”

Donkere materie is de algemene term voor onbekende dingen die ongeveer 27% van het universum lijken te vormen. Het staat zelden in wisselwerking met gewone materie, vandaar zijn ‘duisternis’ voor ons. Maar we weten wel dat het bestaat omdat het, hoewel het niet direct wordt gedetecteerd, zwaartekrachtseffecten heeft die op kosmische schalen kunnen worden waargenomen. (NASA breekt goed begrepen) hier.)

Er zijn veel kandidaten voor donkere materie. Een daarvan is WIMP, of zwak interagerend massief deeltje. in tegenstelling tot anderen Donkere materie hypothesen zoals assen of donkere fotonen, die zo klein en verspreid zijn dat ze zich als golven zouden kunnen gedragen, zouden WIMP’s wel massa hebben maar zelden interageren met gewone materie. Dus om het te ontdekken, heb je een apparaat nodig dat vrijwel alle andere fysica dempt.

LZ is erg gevoelig, waardoor het goed is voor het detecteren van dergelijke tijdelijke en zeldzame interacties. Het experiment is 30 keer groter en 100 keer gevoeliger dan zijn voorganger, het grote ondergrondse Xenon-experiment, volgens de Sanford Underground Research Facility. Laat los. Lippincott zei dat de LZ een “effectieve ui” is, waarbij elke laag van het experiment is geïsoleerd tegen ruis die een mogelijke interactie met WIMP zou kunnen maskeren.

“De samenwerking werkte goed samen om de reactie van de detector te kalibreren en te begrijpen”, zegt Aaron Manalisi, een natuurkundige van Berkeley Lab en lid van het LZ-team, bij Berkeley Lab. persbericht. “Aangezien we het nu een paar maanden gebruiken en tijdens de COVID-beperkingen, is het echt indrukwekkend dat we zulke significante resultaten hebben behaald.”

Van de vele ontdekkingen die door het 60-daagse LZ-experiment werden gedaan, leken er 335 veelbelovend, maar geen enkele bleek WIMP’s te zijn. Dat wil niet zeggen dat WIMP niet bestaat, maar het elimineert een groot deel van de controverse. (Dit is de kern van wat donkere-materiedetectoren doen: beetje bij beetje sluiten ze de massa van de deeltjes uit) ik kan niet is aan het zijn.) Verschillende natuurkundigen hebben onlangs aan Gizmodo . verteld Ze denken dat de volgende grote ontdekking in de deeltjesfysica zal komen van een donkere-materiedetector zoals LZ.

Deze wetenschappelijke race begon wat naar verwachting een tijdlijn van 1000 dagen zal zijn. De laatste ronde was ook ongeblindeerd, zodat Team LZ kan volgen hoe de technologie zich gedraagt. Omdat het werkte zoals verwacht, zouden de resultaten van de volgende wetenschappelijke run “gezouten” of doorspekt zijn met valse signalen, voor verlichting van vooringenomenheid.

De komende jaren worden twintig keer meer data verzameld, dus misschien moeten Wimpy WIMP’s eindelijk de muziek van hun bestaan ​​onder ogen zien. Aan de andere kant waren ze er misschien helemaal niet. We zullen het niet weten totdat we kijken.

Meer: 10 jaar na het Higgs-deeltje, wat is het volgende grote ding voor de natuurkunde?