Od kilku lat fizycy próbują ponownie zbadać sygnał z eksperymentu zakopanego we włoskiej górze – sygnał, który bardzo przypomina podejrzany obiekt ciemnej materii znany jako WIMP. Poprzednie próby zobaczenia tego sygnału z innymi projektami nie powiodły się, a teraz test najbliższy oryginałowi ogłosił wyniki: również niczego nie znalazł.
Nikt nie wie, czym jest ciemna materia – jest to ogólny termin używany do opisania czegoś niewidzialnego, co można wykryć tylko dzięki jej grawitacji – ale kandydat do wyjaśnienia ciemnej materii zwany WIMP lub Weakly Interacting Massive Particles. Problem w tym, że niektóre cząstki subatomowe mają masę, ale oddziałują tak słabo ze zwykłą materią, że jeszcze ich nie wykryliśmy. Ludzie często szukają WIMP, umieszczając niezwykle czułe detektory głęboko w ziemi, gdzie są chronione przed wieloma uderzeniami, które mogą wytwarzać zagadkowe sygnały.
Testem, który wykryłby sygnały WIMP w 2017 roku jest test DAMA/LIBRA. DAMA / LIBRA wykorzystuje kryształy jodku sodu jako cele ciemnej materii; chodzi o to, że jeśli ciemna materia przechodzi przez kryształy, stają się one podekscytowane i stają się nieco jaśniejsze. Inne eksperymenty, które szukały WIMP w inny sposób, takie jak XENON1T we Włoszech i XMASSI w Japonii, nie mogły znaleźć sygnału widzianego przez DAMA / LIBRA.
Weź udział w eksperymencie COSINE100 zlokalizowanym w podziemnym laboratorium o długości 2300 stóp w Korei Południowej. COSINE100 wykorzystuje ponad 200 funtów jodku sodu w tym samym celu, co czyni go dobrym klonem DAMA / LIBRA. COSINE100 wyszukuje sygnały WIMP od 2016 roku. Pierwsze wyszukiwanie wykazało zero. Kolejne badanie, opublikowane dzisiaj w czasopiśmie Science Advances, odbyło się między październikiem 2016 r. a lipcem 2018 r. Zespół COSINE100 poinformował, że znalazł tak niewiele, jak poprzednie, co może oznaczać koniec drogi dla kontrowersyjnego DAMA. / Wyniki BILANSU.
„Nasz zespół stwierdził, że to, co zaobserwowało DAMA, nie mogło być ciemną materią w oparciu o najbardziej podstawowe założenia dotyczące tego, jak myśleliśmy, że WIMP będzie oddziaływać z normalną materią” – powiedział Gizmodo Reina Maruyama, fizyk z Yale University i współautor ostatniego artykułu. . e-mailem. „Nadal musimy solidnie przetestować obserwację DAMA rocznej modulacji, która według DAMA jest spowodowana ciemną materią. To jest nasz kolejny cel. „
DAMA / LIBRA przyjmuje inne podejście do wykrywania ciemnej materii niż większość eksperymentów. Podczas gdy inne konfiguracje poszukują cząstek ciemnej materii, zderzając się ze znanymi cząstkami lub szukając sygnałów tła, DAMA / LIBRA zaobserwowały częstą modulację szeregu niewyjaśnionych sygnałów, które nie zostały wykryte. zorientowany od początku eksperymentu. w 2003 r. W innych projektach nie udało się znaleźć podobnych sygnałów znalezionych w zakresie rentgenowskim widma elektromagnetycznego. Ale, być może z powodu jego eksperymentalnej metody radzenia sobie z hałasem, jak Ethan Siegel donosił w Forbes, ludzie z DAMA / LIBRA mogli zobaczyć sygnał, którego w ogóle nie było. Artykuł
COSINE100 „nie zmienił się we wszystkich badaniach ciemnej materii” – powiedziała rzeczniczka DAMA/LIBRA Rita Bernabei, fizyk z Włoskiego Narodowego Instytutu Fizyki Jądrowej i Uniwersytetu Tor Vergata w Rzymie. „Biorąc pod uwagę szeroki zakres możliwych modeli istotnych aspektów astrofizyki, fizyki jądrowej i cząstek elementarnych, a także wiele obecnie dostępnych niepewności dotyczących parametrów i założeń, rygorystyczne porównanie jest dość złożoną i niepewną pracą. z teoretycznego punktu widzenia.”
Bernabei zwraca uwagę, że te dwa detektory nie są takie same i że metoda grupowa COSINE100 może generować „wysoką niepewność i błąd systematyczny”.
„Chociaż nasze wyniki nie potwierdzają interpretacji ciemnej materii DAMA, zakładając, że jest to najczęściej używany model ciemnej materii, nie możemy powiedzieć, że DAMA jest niczym”, Hyun Su Lee, współautor ostatniego artykułu i fizyk na Centrum. dla fizyki podziemnej w Instytucie Nauk Podstawowych Korei Południowej, w e-mailu do Gizmodo. Innymi słowy, DAMA ma sygnały, ale wyniki COSINE100 pokazują, że nie jest to ciemna materia.
Niektórzy fizycy, jak Dan Hooper z University of Chicago, uważają, że nowy eksperyment wykonał dobrą robotę pokazując, że eksperyment DAMA / LIBRA nie jest tym, w jaki moglibyśmy znaleźć WIMP, gdyby istniały.
„Moim zdaniem, w ciągu ostatnich 10 do 15 lat coraz trudniej było uwierzyć, że sygnał zgłoszony przez współpracę DAMA jest w rzeczywistości konsekwencją cząstek ciemnej materii. Każdy eksperyment dał wyniki, które nie potwierdzają twierdzeń DAMA ”- powiedział Hooper w e-mailu. „Większość fizyków, których znam (łącznie ze mną) w zasadzie zrezygnowała z tej możliwości lata temu”.
„Mając to na uwadze, wszyscy zgodziliśmy się, że byłoby bardziej przekonujące, gdyby eksperyment można było przeprowadzić z tym samym materiałem docelowym, co używany przez DAMA” – dodał Hooper. „Eksperyment COSINE jest właśnie tym, a ich niezdolność do widzenia jest tak naprawdę wielkim gwoździem do trumny DAMA, który wyjaśnia ciemną materię. Nadal nie wiem, co widzi DAMA — może to jakieś dziwne tło, albo po prostu jakiś błąd, który jakoś popełnili. Ale cokolwiek się dzieje, wydaje się, że nie ma to nic wspólnego z ciemną materią”.
WIMP tracą rozpęd jako pierwszy kandydat na ciemną materię. Aksiony – znacznie mniejsze cząstki – stały się w ostatnich latach gorętszym tematem, a nawet ogromne obiekty, takie jak pierwotne czarne dziury, pozostają hipotezą w niektórych kręgach. Nikt nie był jeszcze w stanie potwierdzić żadnego bezpośredniego wykrycia ciemnej materii, ale wiele eksperymentów prowadzi się w różnych przestrzeniach.
„Byłem zachwycony, widząc, co znaleźliśmy w dużych eksperymentach WIMP, takich jak XENONnT, LZ i SuperCDMS”, powiedział Maruyama. „Uważam również, że Axes jest fascynujące i jestem zachwycony pracą nad HAYSTAC i jego rozszerzeniami. Dzięki COSINE mogliśmy kontynuować badania nad WIMP-ami i oczywiście kolejnym krokiem było przeprowadzenie końcowego testu DAMA – rocznej modulacji”. Roczna modulacja to dziwny sygnał, który pojawia się i znika każdego roku. To, że nie jest ciemną materią, nie oznacza, że nie jest grawitacyjna.
W fizyce znalezienie niczego może być tak samo pouczające jak znalezienie czegoś; w przypadku ciemnej materii może powiedzieć naukowcom, że muszą szukać gdzie indziej.