קרדיט תמונה: פרמילאב
עם הנתונים הראשונים מהמצפה הכוכבי המחתרתי שלהם בצפון מינסוטה, מדענים של חיפוש חומר האפל הקריוגני הציצו ברגישות רבה מאי פעם לתחום החשוד של ה- WIMPS. המראה של חלקיקים מאסיביים חלשים עם אינטראקציה עשויה לפתור את התעלומה הכפולה של החומר האפל בסולם הקוסמי והסימטריות העל בסולם התת אטומי.
התוצאה של CDMS II, המתוארת במאמר שהוגש למכתבי ביקורת פיזית, מראה בוודאות של 90 אחוז ששיעור האינטראקציה של WIMP עם מסה 60 GeV חייב להיות פחות מ- 4 x 10-43 ס"מ 2 או בערך אינטראקציה אחת בכל 25 יום לק"ג. גרמניום, החומר בגלאי הניסוי. תוצאה זו מספרת לחוקרים יותר ממה שידעו בעבר על WIMPS, אם הם קיימים. המדידות מגלאי CDMS II רגישות לפחות פי ארבעה מהמדידות הקודמות הטובות ביותר שהציע ניסוי EDELWEISS, ניסוי אירופי מחתרתי ליד גרנובל, צרפת.
"חשוב על הרגישות המשופרת הזו כמו טלסקופ חדש בקוטר כפול, וכך ארבע פעמים אוסף האור של כל מה שבא לפניו," אמר דובר המפקח של CDMS II, בלס קבררה מאוניברסיטת סטנפורד. "כעת אנו יכולים לחפש איתות שהוא רק רבע בהיר כמו כל מה שראינו בעבר. במהלך השנים הקרובות אנו צופים לשפר את הרגישות שלנו בגודל של 20 ומעלה. "
התוצאות מוצגות בישיבת אפריל של האגודה האמריקאית לפיזיקה ב -3 ו -4 במאי בדנוור על ידי הארי נלסון והסטודנט לתארים מתקדמים ג'ואל סנדרס, שניהם מאוניברסיטת קליפורניה-סנטה ברברה, ועל ידי ג'נסנג וואנג ושארמילה קמט מקאס ווסטרן. אוניברסיטת רזרב.
"אנו יודעים שאף המודל הסטנדרטי שלנו לפיזיקת החלקיקים ולא מודל הקוסמוס שלנו אינו שלם," אמר דובר ה- CDMS II ברנרד סאדולט מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי. "נראה שהקטע החסר המסוים הזה מתאים לשני הפאזלים. אנו רואים את אותה צורה משני כיוונים שונים. "
WIMPs, שאינם נושאים בחיוב, הם מחקר בסתירות. בעוד שפיזיקאים מצפים שיהיו להם פי מאה מכמויות הפרוטונים, אופיים הרפאים מאפשר להם להחליק דרך חומר רגיל ולא משאיר בקושי עקבות. המונח "אינטראקציה חלשה" מתייחס לא לכמות האנרגיה המופקדת כאשר הם מתקשרים עם חומר רגיל, אלא לעובדה שהם מתקשרים באופן נדיר ביותר. למעשה, כמאה מיליארד WIMPs אולי זרמו בגופך כשאתה קורא את המשפטים הראשונים האלה.
עם 48 מדענים מ -13 מוסדות, ועוד 28 עובדים נוספים בתחום ההנדסה, הטכני והמנהלי, CDMS II פועל במימון של משרד המדע של המחלקה לאנרגיה בארה"ב, מהמחלקות לאסטרונומיה ופיזיקה של הקרן הלאומית למדע וממוסדות חברים. המעבדה הלאומית להאצת פרמי של DOE מספקת את ניהול הפרויקטים של CDMS II.
דברי ריימונד ל. אורבך, מנהל משרד המדע של DOE, אמר כי "טבעו של החומר האפל הוא בסיסי להבנתנו את התפתחותו והתפתחותו של היקום." "ניסוי זה לא יכול היה להצליח ללא שיתוף פעולה פעיל של משרד המדע של ה- DOE ושל הקרן הלאומית למדע."
מייקל טרנר, עוזר מנהל מתמטיקה ומדעי הפיזיקה ב- NSF, תיאר את זיהוי מרכיב החומר האפל כאחד האתגרים הגדולים הן באסטרופיזיקה והן בפיזיקת החלקיקים.
"חומר אפל מחבר בין כל המבנים ביקום - כולל שביל החלב שלנו - ואנחנו עדיין לא יודעים ממה עשוי החומר האפל", אמר טרנר. "השערת העבודה היא שמדובר בצורה חדשה של חומר - שאם נכונה תשפוך אור על פעולתם הפנימית של הכוחות והחלקיקים היסודיים. במציאת הפיתרון לפאזל חשוב זה, CDMS עומדת כעת בראש האריזה, וגורם נוסף של 20 ברגישות שעוד יגיע. "
חומר אפל ביקום מתגלה באמצעות השפעות הכבידה שלו על כל הכף הקוסמי, החל מגידול המבנה ביקום המוקדם ועד ליציבות הגלקסיות כיום. נתונים קוסמולוגיים ממקורות רבים מאשרים כי חומר אפל בלתי נראה זה מסתכם יותר משבע פעמים מכמות החומר הגלוי הרגיל היוצר את הכוכבים, כוכבי הלכת וחפצים אחרים ביקום.
"משהו שם בחוץ יצר את הגלקסיות ומחזיק אותן יחד היום, וזה לא פולט ולא סופג אור," אמר קברה. "מסת הכוכבים בגלקסיה היא רק 10 אחוז מהמסה של הגלקסיה כולה, ולכן הכוכבים הם כמו אורות עץ חג המולד המקשטים את הסלון של בית גדול ואפל."
פיזיקאים גם מאמינים כי WIMPs יכולים להיות החלקיקים התת-אטומיים שטרם נצפו בשם "ניטרלינים". אלה יכולים להוות עדות לתורת הסופר-סימטריה, ולהכניס פיסיקה חדשה ומסקרנת מעבר למודל הסטנדרטי של ימינו של חלקיקים וכוחות בסיסיים.
Supersymmetry צופה כי לכל חלקיק ידוע יש פרטנר סופר-סימטרי בעל תכונות משלימות, אם כי אף אחד מהשותפים הללו טרם נצפה. עם זאת, דגמים רבים של סופר-סימטריה מנבאים כי החלקיק העל-סימטרי הקל ביותר, המכונה נייטרלינו, יש מסה בערך פי מאה מזו של הפרוטון.
דן אקריב מאוניברסיטת קייס ווסטרן ריזרב אמר "תיאורטיקנים הגישו את כל אותם" פרטנרים על-סימטריים "כביכול של החלקיקים הידועים. "באחד מאותם קשרים מרתקים של גדולים מאוד וקטנים מאוד, הקליל ביותר של שותפי העל האלה יכול להיות החלק החסר של הפאזל כדי להסביר את מה שאנחנו צופים בסולם המרחק הגדול ביותר."
צוות CDMS II מתרגל "אסטרונומיה תת-קרקעית", עם גלאי חלקיקים שנמצאים כמעט חצי קילומטר מתחת לפני האדמה במכרה ברזל לשעבר בסודן, מינסוטה. מטר 2,341 של קרום כדור הארץ מגן מפני קרניים קוסמיות וחלקיקי הרקע שהם מייצרים. הגלאים עשויים גרמניום וסיליקון, גבישים מוליכים למחצה עם תכונות דומות. הגלאים מצוננים עד לעשירית ממידה של אפס מוחלט, כך קר שתנועה מולקולרית הופכת לזניחה. הגלאים מודדים בו זמנית את המטען והרטט המיוצרים על ידי אינטראקציות חלקיקים בגבישים. WIMPS יאותת על נוכחותם על ידי שחרור פחות מטען מחלקיקים אחרים עבור אותה כמות של רטט.
מנהל הפרויקטים של CDMS II, דן באואר, מפרמילאב, אומר: "הגלאים שלנו פועלים כמו טלסקופ מצויד במסננים המאפשרים לאסטרונומים להבדיל צבע אור אחד משני." "רק במקרה שלנו אנו מנסים לסנן חלקיקים קונבנציונליים לטובת WIMPS של חומר אפל."
הפיזיקאי ארל פיטרסון מאוניברסיטת מינסוטה מפקח על המעבדה התת-קרקעית סודן, גם היא ביתו של ניסוי הניטרינו ארוך-השנים הבסיסי של פרמילאב, חיפוש התנודות העיקרי בזריקת מזרק Neutrino.
"אני נרגש מהתוצאה החדשה והמשמעותית של CDMS II ואני מברך את שיתוף הפעולה," אמר פיטרסון. "אני שמח שהמתקנים של מעבדת סודן תרמו להצלחת CDMS II. ואני שמח במיוחד שהעבודה של פרמילאב ואוניברסיטת מינסוטה בהרחבת מעבדת סודן הביאה לפיזיקה חדשה מעולה. "
כאשר CDSMII יחפש אחר WIMP במהלך השנים הקרובות, יתגלה החומר האפל של היקום שלנו, או שמגוון גדול של דגמים על-סימטריים יימנע מהאפשרות. כך או כך, הניסוי של ה- CDMS II ישחק תפקיד מרכזי בקידום ההבנה שלנו של פיזיקת החלקיקים ושל הקוסמוס.
המוסדות המשתפים פעולה ב- CDMS II כוללים אוניברסיטת בראון, אוניברסיטת קייס ווסטרן רזרב, מעבדת המאיץ הלאומי של פרמי, המעבדה הלאומית לורנס ברקלי, המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה, אוניברסיטת פרינסטון, אוניברסיטת סנטה קלרה, אוניברסיטת סטנפורד, אוניברסיטת קליפורניה-ברקלי, אוניברסיטת קליפורניה-סנטה ברברה, אוניברסיטת קולורדו בדנוור, אוניברסיטת פלורידה ואוניברסיטת מינסוטה.
פרמילאב היא משרד DOE של המעבדה הלאומית המדעית המופעלת תחת חוזה על ידי האיגוד לחקר האוניברסיטאות, בע"מ.
המקור המקורי: מהדורת החדשות של פרמילאב
