Experimentul DAMA încă "vede" particulele de materie întunecată • Igor Ivanov • Stiri despre "Elemente" • Fizica

Experimentul DAMA încă „vede” particulele de materie întunecată.

Diagrama schematică a detectorului DAMA / LIBRA cu ecranare multistrat (imagine din articolul discutat Aparatul DAMA / LIBRA)

Experimentul italian DAMA / LIBRA a anunțat detectarea particulelor de materie întunecată. Experții nu au nici o îndoială cu privire la datele experimentale directe, dar departe de toată lumea sunt de acord cu interpretarea lor.

preistorie

Datele astrofizice arată că marea majoritate a materiei din Univers există sub formă de materie întunecată. Se numește "întuneric", deoarece nu este "vizibil" nici în undele radio, nici în radiația termică, nici în intervalele optice, ultraviolete sau în raze X. Prezenta sa este remarcabilă doar printr-un efect gravitațional asupra materiei vizibile – gaz interstelar, stele, galaxii.

Ceea ce constă exact din materia întunecată nu este încă cunoscut, dar astrofizicii sunt înclinați să creadă că principala ei componentă este un fel de particule grele care interacționează foarte slab cu materia obișnuită, wimps (din cuvântul englez WIMP). particulele masive care interacționează slab). Ele formează un nor uriaș în jurul fiecarei galaxii, inclusiv în jurul Calei Lactee. Sistemul solar, care se deplasează în orbita sa galactică prin gazul WIMP, ar trebui să simtă un vânt de cap "briza vimpovy",și de vreme ce Pământul, în plus, se mișcă în continuare în jurul Soarelui, atunci, fiind pe Pământ, vom simți ceva mai puternic, apoi un contra-flux mai slab al WIMP-urilor, cu o perioadă de un an.

Wimps trebuie să interacționeze foarte slab cu materia obișnuită, astfel încât majoritatea dintre ei să treacă liber prin Pământ. Cu toate acestea, ocazional, Wimps continuă să se ciocnească cu nucleele atomice adânc în nucleul unei substanțe, să transfere o parte din impulsul lor către ele și, uneori, în același timp să lovească electronii și să provoace strălucirea luminii. Frecvența unor astfel de coliziuni depinde de numărul de câmpii care zboară prin Pământ, astfel că atunci când Pământul se deplasează prin halou galactic, acesta va crește sau scădea.

Mișcarea Soarelui față de aura galactică și mișcarea Pământului în raport cu Soarele conduc la faptul că la 2 iunie viteza mișcării Pământului prin halo este maximă, iar pe 2 decembrie este minimă (imagine din raportul autorilor la conferința NO-VE din 16 aprilie 2008)

Este vorba de astfel de fluctuații anuale ale frecvenței de străpungere într-un detector complet ecranat, adânc îndelungat, pentru mai mult de 10 ani, acum că participanții la proiectul DAMA au vânat. Proiectul constă în mai multe experimente paralele, iar în unul dintre ele, DAMA / NaI, astfel de oscilații au fost într-adevăr detectate.Cu toate acestea, raportul participanților la experimentul privind detectarea directă a WIMP-urilor, realizat de aceștia în 2000, a fost acceptat de comunitatea științifică cu mare scepticism – erorile de date erau mari și chiar interpretarea părea îngrozitoare pentru mulți.

Experimentul DAMA / NaI a fost modernizat și lansat în 2003 sub noul nume DAMA / LIBRA. Și, recent, primele rezultate ale acestui experiment au fost făcute publice la conferința de la Oscilările Neutrino din Veneția și au apărut și în arhiva pretipărilor electronice: Primele rezultate ale DAMA / LIBRA și rezultatele combinate cu DAMA / NaI (rezultatele în sine) descrierea detectorului). Datele noi confirmă pe deplin rezultatele anterioare, dar nu au diminuat scepticismul criticilor.

Experimentul și rezultatele acestuia

La 100 km de Roma, adânc în centrul Gran Sasso, laboratorul subteran al aceluiași nume aparține Institutului Național de Fizică Nucleară din Italia (INFN). Datorită ecranării naturale (un kilometru și jumătate de roci se separă de suprafață!), Fluxul de raze cosmice în ea este de un milion de ori mai puțin decât pe suprafața Pământului. De aceea este ideală pentru efectuarea de experimente super-pure în fizica particulelor și fizica nucleară.DAMA / LIBRA – una din jumătăți de duzini de experimente care rulează simultan în ea.

În experimentul DAMA / LIBRA s-au ales scintilații NaI (Tl) constând din iodură de sodiu (NaI) cu adaos de taliu (Tl) ca activator ca substanță activă. Fiecare scintilator este o tijă de cristal cu o masă de aproximativ 10 kg, în care un VIMP, atunci când se ciocnește cu un nucleu al unei substanțe, ar trebui să producă o lumină de lumină. Această lumină este preluată de fotomultiplicatoarele montate pe capetele scintilatorului și transmite un semnal computerului.

Declanșatoarele false pot fi cauzate nu numai de razele cosmice, ci și de izotopii radioactivi găsiți în natură. Pentru izolarea maximă a detectorului, fiecare cristal de scintilație este ambalat în cărămidă de cupru, iar blocul cu aceste cărămizi este etanșat cu izolație multistrat din materiale pur radioactive. Intrările acestei cutii au fost spălate cu azot pur radioactiv, iar concentrația de fond a celor mai evazivi izotopi (de exemplu, gaz radon inert) a fost monitorizată în mod constant în apropierea instalației. În cele din urmă, temperatura de instalare a fost constantă la cea mai apropiată mie de grade, iar sensibilitatea detectoarelor a fost monitorizată periodic prin iradierea cu radioizotopi cunoscuți.

Experimentul DAMA / LIBRA pentru mai mult de patru ani a măsurat, de fapt, numai numărul și energia buzelor de scintilație din interiorul detectorului. În medie, există 1-2 intermitențe pe zi pe kilogram de greutate scintilator și pe kiloelectronvolt de energie. Această valoare rămâne constantă în timp – cu excepția regiunii cu consum redus de energie, 2-6 keV, unde se observă doar câteva procente din fluctuațiile anuale. Dacă scădem un semnal constant din toate datele și lăsăm doar componenta variabilă, obținem un astfel de grafic.

Frecvența de funcționare a detectoarelor cu trecerea timpului în regiunea de energie de 2-6 keV. Se afișează numai partea variabilă a semnalului rămas după scăderea fundalului constant. De-a lungul axei orizontale a marcat ziua de la începutul experimentului DAMA / NaI; Prima jumătate a graficului conține rezultatele DAMA / NaI, iar după rupere sunt afișate datele DAMA / LIBRA. Linie solidă prezintă o funcție sinusoidală cu o perioadă de exact 1 an și maximă pe 2 iunie (imagine din articolul în discuție Primele rezultate ale DAMA / LIBRA și rezultatele combinate cu DAMA / NaI)

Se vede clar modul în care precizia datelor a crescut după actualizare. Dacă, după primul an sau doi din experimentul DAMA / NaI, existau încă îndoieli,dacă acest semnal nu este o abatere aleatorie, atunci după 10 cicluri anuale a devenit clar că partea variabilă a semnalului urmează o lege sinusoidală cu o perioadă de exact 1 an și maximă pe 2 iunie. În limbajul uscat al statisticilor, semnificația unui semnal depășește 8 deviații standard, adică probabilitatea ca aceste date să fie doar un joc de noroc este neglijabilă.

Deci, experimentul vede o modulare clară de un an a frecvenței răspunsurilor detectorului, și chiar și scepticii nu mai susțin acest lucru. Dar rămâne întrebarea principală: care este motivul acestei modulații?

Interpretarea rezultatelor

Se pare că există o mulțime de motive naturale pentru fluctuațiile sezoniere mici de orice dimensiune. Cu toate acestea, datorită izolației pe mai multe niveluri și monitorizării constante a radioactivității reziduale, autorii consideră că oscilațiile observate în experiment nu pot fi explicate prin nici un proces "pământesc". De aici rezultă concluzia lor – aceste fluctuații sunt rezultatul slăbirii și intensificării sezoniere a "vântului vimpovoy".

Poate o sursă neînregistrată conduce încă la un semnal similar? Autorii spuncă o astfel de sursă nu le este cunoscută – cel puțin pentru tot acest timp, nimeni nu a propus alt mecanism fizic care să satisfacă toate cele trei criterii de selecție:

  • semnalul ar trebui să se schimbe strict în conformitate cu legea sinusoidală cu o perioadă de exact 1 an și cu maxime în jurul valorii de 2 iunie;
  • semnalul trebuie observat numai la energii reduse;
  • semnalul ar trebui să fie prezent numai în evenimente cu un singur detector (adică nu ar trebui să existe evenimente în care două sau mai multe cristale sunt declanșate simultan).

Toate celelalte surse cunoscute ar încălca oricare dintre aceste condiții. Să spunem că, chiar dacă un flux de raze cosmice care se rupe prin detectoare declanșate în laborator, ar genera schimbări vizibile atât la energiile joase, cât și la cele înalte.

Ce anume doresc scepticii? Faptul este că experimente similare au fost făcute în alte laboratoare ale lumii, dar nici unul dintre ei nu a înregistrat fluctuații anuale. Este adevărat că unele experimente s-au bazat pe diferite metode de detectare, în altele nu s-a folosit iodură de sodiu, ci o altă substanță sensibilă, iar altele nu au ajuns la sensibilitatea lor la DAMA / LIBRA.Cu toate acestea, experții sunt înclinați să creadă că dacă vântul vimpy este la fel de puternic ca datele DAMA implică, atunci unele dintre celelalte experimente – de exemplu, un experiment CDMS foarte sensibil care a raportat recent un rezultat negativ – materia întunecată.

Ce se poate face în această situație? În primul rând, trebuie să încercăm să realizăm un experiment independent într-un alt laborator, dar cu același scintilator și în aceleași condiții. În al doilea rând, ar fi foarte util să nu înregistrăm doar coliziunea WIMP cu nucleul, ci și să cunoaștem direcția de la care a sosit WIMP (vezi, de exemplu, rezultatele recente ale detectorului japonez NEWAGE). Dacă se dovedește că direcția preferată de sosire a particulelor coincide cu direcția mișcării Soarelui prin halo galactic, acest lucru va deveni un argument important în favoarea interpretării deformate a semnalului – într-adevăr, nici un fenomen terestru nu "simte" această direcție! În al treilea rând, dacă sensibilitatea detectoarelor este îmbunătățită în mod repetat, atunci va fi posibilă capturarea și zilnic fluctuațiile frecvenței de aprindere (la urma urmei, și Pământul se rotește în jurul axei sale).În cazul în care acestea apar, de asemenea, cu amplitudinea și faza necesare, acest lucru poate fi, de asemenea, un argument cheie în favoarea detectării wimps-urilor.

surse:
1) R. Bernabei și colab. Primele rezultate obținute de la DAMA / LIBRA și rezultatele combinate cu DAMA / NaI // preprint arXiv: 0804.2741 (17 aprilie 2008).
2) R. Bernabei și colab. Aparatul DAMA / LIBRA // preprint arXiv: 0804.2738 (17 aprilie 2008).
3) R. Bernabei. Primele rezultate ale DAMA / LIBRA (fișier PowerPoint, 13 Mb) – raport la conferința "Neutrino oscilații în Veneția».

Vezi și:
1) Wimping afară pe blog-ul fizicii partidului Cocktail.
2) Despre rezultatul DAMA-LIBRA în blogul Survivor Quantum Diaries.

Igor Ivanov


Like this post? Please share to your friends:
Lasă un răspuns

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: