Najczulszy detektor ciemnej materii zarejestrował sygnały

Opublikowano: 18.06.2020 | Kategorie: Nauka i technika, Wiadomości ze świata

Liczba wyświetleń: 342

Fizycy pracujący przy najbardziej czułym eksperymencie poszukującym ciemnej materii poinformowali o zarejestrowaniu nietypowych sygnałów. Istnieją trzy możliwe interpretacje tego, co zauważono. Ta najmniej interesująca, to wystąpienie zanieczyszczenia. Dwie alternatywne są za to bardzo ekscytujące. Pierwsza z nich mówi o nieznanych właściwościach neutrin. Druga zaś – i to byłaby największa sensacja – dopuszcza, że po raz pierwszy w historii zdobyto dowód na istnienie aksjonu, hipotetycznej cząstki spoza Modelu Standardowego.

„Jesteśmy bardzo podekscytowani tym sygnałem, ale musimy uzbroić się w cierpliwość” – powiedział Luca Grandi z University of Chicago, jeden z liderów eksperymentu XENON1T. Jak wyjaśnia uczony, najpierw trzeba sprawdzić, czy nie doszło do zanieczyszczeniem atomami trytu. Wykaże to następca eksperymentu XENON1T – XENONnT – który rozpocznie pracę jeszcze w bieżącym roku.

Wielu specjalistów zauważa, że zwykle prawdziwe okazuje się to wyjaśnienie, na które najmniej czekamy. Jednak nie zawsze tak jest i jeśli istnieje chociaż cień szansy, że XENON1T zarejestrował coś więcej niż zanieczyszczenie trytem, warto to sprawdzić.

„Jeśli okaże się, że to nowa cząstka, będziemy mieli przełom, na który czekamy od 40 lat” – stwierdza Adam Falkowski z Uniwersytetu Paris-Saclay. Takiego odkrycia nie da się przecenić, dodaje. Z kolei Kathryn Zurek, fizyczka-teoretyczka z California Institute of Technology mówi, że jeśli sygnały pochodzą z aksjonów, które są głównymi kandydatami na cząstki tworzące ciemną materię, lub z niestandardowych neutrin to „będzie to niezwykle ekscytujące”. Uczona pozostaje jednak ostrożna i dodaje, że jej zdaniem najbardziej prawdopodobne jest jednak zanieczyszczenie trytem.

XENON1T to wspólny projekt, przy którym pracuje 160 naukowców z Europy, USA i Bliskiego Wschodu. Laboratorium Narodowe Gran Sasso, którego właścicielem jest włoski Narodowy Instytut Fizyki Jądrowej, znajduje się na głębokości 1400 metrów pod masywem Gran Sasso. To wykrywacz ciemnej materii, a jego umiejscowienie głęboko pod ziemią ma chronić przed promieniowaniem kosmicznym generującym fałszywe sygnały. Zgodnie z teoretycznymi założeniami, cząstki ciemnej materii mają zderzać się z atomami w detektorze, a sygnały ze zderzeń będą rejestrowane.

Centralna część XENON1T to cylindryczny zbiornik o długości 1 metra wypełniony 3200 kilogramami płynnego ksenonu o temperaturze -95 stopni Celsjusza. Gdy ciemna materia zderzy się z atomem ksenonu, energia trafia do jądra, które pobudza jądra innych atomów. Wskutek tego pobudzenia pojawia się słaba emisja w zakresie ultrafioletu, którą wykrywają czujniki na górze i na dole cylindra. Te same czujniki są też zdolne do zarejestrowania ładunku elektrycznego pojawiającego się wskutek zderzenia. W ubiegłym roku informowaliśmy, że XENON1T zarejestrował najrzadsze wydarzenie we wszechświecie, rozpad ksenonu-124.

Obecnie XENON1T jest wyłączony, gdyż trwa jego rozbudowa do XENONnT. Nowy detektor będzie zawierał 3-krotnie więcej ksenonu i będzie lepiej zabezpieczony przed szumem tła. Dzięki temu jego czułość będzie o cały rząd wielkości lepsza.

Eksperymenty z serii XENON to pomysł fizyczki Eleny Aprile z Columbia University. Ona opracowała metody detekcji i od początku stoi na czele eksperymentów. XENON zostały zaprojektowane do poszukiwania hipotetycznych cząstek ciemnej materii o nazwie WIMP (weakly interacting massive particles). Przez 14 lat niczego nie znaleziono. Brak sukcesów odnotowały też konkurencyjne projekty naukowe.

Wiele lat temu naukowcy pracujący przy XENON zdali sobie sprawę, że mogą wykorzystać swój eksperyment do poszukiwań cząstek inną metodą. Zamiast rejestrować cząstki, które zderzą się z jądrem ksenonu, można spróbować wychwycić takie, które zderzają się z elektronem. Zwykle tego typu zderzenia traktowane są jako szum tła i odfiltrowywane, gdyż wiele z takich sygnałów pochodzi z prozaicznych źródeł, jak ołów czy krypton. Jednak z czasem uczeni coraz bardziej udoskonalali swoje urządzenia, eliminowali coraz więcej źródeł potencjalnych zakłóceń i w końcu eksperymenty XENON stały się tak czułe i dobrze izolowane od zakłóceń, że stwierdzono, iż szum tła również może przynieść interesujące informacje.

I właśnie na nim się teraz skupiono. Naukowcy przeanalizowali szum tła z pierwszego roku eksperymentu XENON1T. Spodziewali się, że w danych znajdą 232 sygnały zderzeń z elektronami, pochodzące ze znanych źródeł zanieczyszczeń. Tymczasem okazało się, że sygnałów takich jest 285. To spory naddatek świadczący o istnieniu nieznanego źródła sygnału.

Naukowcy przez rok trzymali swoje spostrzeżenie w tajemnicy. Przez ten czas próbowali zrozumieć sygnały i odnaleźć ich źródło. W końcu, po wyeliminowaniu wszystkich możliwych źródeł sygnału pozostały wspomniane na wstępie trzy wyjaśnienia, które pasują do nadmiarowych danych.

Pierwsze z nich, i najbardziej interesujące, to zarejestrowanie „słonecznych aksjonów”, hipotetycznych cząstek ciemnej materii powstających wewnątrz Słońca. To cząstki spoza Modelu Standardowego. Ich odkrycie byłoby dowodem, że aksjony istnieją, można więc znaleźć i te, które tworzą ciemną materię, jaka powstała po Wielkim Wybuchu.

Druga hipoteza mówi, że zarejestrowane sygnały mogą świadczyć o tym, iż neutrino mają silny moment magnetyczny. Właściwość ta pozwalałaby im zwiększać rozpraszanie elektronów, co tłumaczyłoby nadmiarowy sygnał. Neutrino z momentem magnetycznym również nie mieści się w Modelu Standardowym.

W końcu trzecia z możliwości, to zanieczyszczenie zbiornika z ksenonem śladową ilością trytu.

Zdaniem naukowców niezaangażowanych w XENON1T, najbardziej prawdopodobna jest ostatnia odpowiedź. Jeśli bowiem Słońce tworzy aksjony, to powstają one również w innych gwiazdach. Aksjony unoszą zaś ze sobą energię od gwiazdy. W najgorętszych gwiazdach, jak czerwone olbrzymy czy białe karły, produkcja aksjonów powinna być największa, a ilość unoszonej przez nie energii powinna być wystarczająca, by ochłodzić gwiazdy. „Biały karzeł wytwarzałby tyle aksjonów, że nie obserwowalibyśmy tak wielu gwiazd tego typu, co obecnie” – mówi Zurek. Podobnie wygląda problem z neutrino z dużym momentem magnetycznym. Również ono powinno ochłodzić gwiazdy, więc tych gorących nie powinno być tyle, ile jest.

Na odpowiedź nie powinniśmy długo czekać. Eksperyment XENONnT ruszy w najbliższych miesiącach. „Jeśli i tam zaobserwujemy nadmiar sygnałów na podobnym poziomie, powinniśmy w ciągu kilku miesięcy być w stanie stwierdzić, która z hipotez jest prawdziwa” – mówi Grandi.

Autorstwo: Mariusz Błoński
Na podstawie: Quanta Magazine.org
Źródło: KopalniaWiedzy.pl

1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars Liczba głosów: 1, średnia ocena: 5,00 (max 5)
Loading...

TAGI:

Poznaj plan rządu!

OD ADMINISTRATORA PORTALU

Hej! Cieszę się, że odwiedziłeś naszą stronę! Naprawdę! Jeśli zależy Ci na dalszym rozpowszechnianiu niezależnych informacji, ujawnianiu tego co przemilczane, niewygodne lub ukrywane, możesz dołożyć swoją cegiełkę i wesprzeć "Wolne Media" finansowo. Darowizna jest też pewną formą „pozytywnej energii” – podziękowaniem za wiedzę, którą tutaj zdobywasz. Media obywatelskie, jak nasz portal, nie mają dochodów z prenumerat ani nie są sponsorowane przez bogate korporacje by realizowały ich ukryte cele. Musimy radzić sobie sami. Jak możesz pomóc? Dowiesz się TUTAJ. Z góry dziękuję za wsparcie i nieobojętność!

Poglądy wyrażane przez autorów i komentujących użytkowników są ich prywatnymi poglądami i nie muszą odzwierciedlać poglądów administracji "Wolnych Mediów". Jeżeli materiał narusza Twoje prawa autorskie, przeczytaj informacje dostępne tutaj, a następnie (jeśli wciąż tak uważasz) skontaktuj się z nami! Jeśli artykuł lub komentarz łamie prawo lub regulamin, powiadom nas o tym formularzem kontaktowym.

7
Dodaj komentarz

Chcesz skomentować? Zaloguj się!
  Subskrybuj  
najnowszy najstarszy
Powiadom o
Szwęda
Użytkownik
Szwęda

A ja gdzieś czytałem, że ponoć myślenie, poruszanie się w kategoriach cząstek jest ślepą uliczką w poznawaniu natury materii, energii, przestrzeni, wszechświata. Że model cząsteczkowy działa do któregoś momentu, a potem to już raczej fale, wileowymiarowość, struny itp, itd.

realista
Użytkownik

tak, naukowcy od dziesięcioleci mówią o tym, że u swoich podstaw natura jest falowa. ale od pewnego momentu objawia się jako cząsteczkowa. zagłębiamy się w to, ale brak w zasadzie odpowiednich narzędzi. fizyka teoretyczna “na dwoje wróży”, i nie wiadomo za bardzo jak połączyć fizykę kwantową z resztą. robi się to skomplikowane i trudne do zbadania, ale wierzę, że damy radę. ostatecznie zrobi to za nas AI. tylko czy ją wtedy zrozumiemy? ;)…

PS. ja czekam, aż w końcu odkryją nowy rodzaj oddziaływań, zamiast zaCiemniać… .. .

polantek
Użytkownik
polantek

Fizycy nie umieją mi wytłómaczyć (może ja tłómok) co to jest grawitacja i zjawiska elektromagnetyczne, a tworzą jakieś piramidy fikcyjnej pseudo-nauki o cząstkach elementarnych. Pewien polski kosmolog twierdzi zaś ,że przestrzeń nie jest pustką z punktu widzenia fizyki , a materia to kondensat tej przestrzeni. Podstawową i jedyną cząstką według niego jest wakuola przestrzeni drgająca w trzech wymiarach i interakcje między nimi to wszystko co dzieje się fizycznie we wszechświecie i mikro-świecie. Jego teoria jest bardzo spójna i wyczerpująca szkoda tylko ,że nie ma funduszy aby sprawdzć jej niektóre założenia i ostatecznie zweryfikować.

realista
Użytkownik

widzisz, to że coś ma proste wytłumaczenie nie znaczy, że jest ono prawdziwe. a to, że ktoś nie ogarnia zjawisk elektromagnetycznych nie znaczy też, że fizyka kwantowa to “fikcyjna pseudo-nauka”… może nie powinieneś jednak tak kategorycznie oceniać dziedziny, której nie ogarniasz?… .. .

janpol
Użytkownik

No niestety, ale najkonkretniejszym opisem Natury jaka nas otacza i obchodzi jest jednak mechanika klasyczna (bez niej nie mielibyśmy mostów, drapaczy chmur, samolotów itp., itd.). Mechanika kwantowa to jednak nadal coś co dobrze opisuje mikroświat “zobrazowany” przez teoretyczne równania falowe Schrodingera i Heisenberga ale nie ma dowodów (ba są wątpliwości, np. paradoks EPL i np. efekt splątania itd.), że jest kompletna i wystarczająca. Do tego dochodzą rożne teorie relatywistyczne (np. teoria względności z “c” jako stałą, która też zbiera całkiem sporo potwierdzeń w obserwacjach) i nierelatywistyczne (w tym kwantowe nierelatywistyczne, np. dla przyjmowanej skończonej i określonej stałej Plancka). Do tego dochodzą, jak na razie, “czyste teorie” jak np. teoria strun i mamy całkiem “niezły bałagan” i świadomość, że “wiem, że nic nie wiem”. ;)

Szwęda
Użytkownik
Szwęda

realista,
Jaka sztuczna inteligencja? Nie ma czegoś takiego i pewnie nigdy nie będzie. Jeżeli już to będzie pewnie mix żywej inteligencji, człowieka z maszyną liczącą. Sztuczna inteligencja to może kiedyś będzie kiedy uda się zbudować sztucznego człowieka, który nie będzie się różnił od prawdziwego.

realista
Użytkownik

ależ i jest, i będzie. i nie ma to nic wspólnego ze sztucznym człowiekiem.
chyba, że masz jakąś inną definicję sztucznej inteligencji niż reszta świata :)… .. .