Tín dụng hình ảnh: Fermilab
Với dữ liệu đầu tiên từ đài quan sát dưới lòng đất của họ ở Bắc Minnesota, các nhà khoa học của Tìm kiếm vật chất tối gây ra đã nhìn nhận với độ nhạy cao hơn bao giờ hết vào vương quốc bị nghi ngờ của WIMPS. Việc nhìn thấy các hạt khổng lồ tương tác yếu có thể giải quyết bí ẩn kép của vật chất tối trên quy mô vũ trụ và siêu đối xứng ở quy mô hạ nguyên tử.
Kết quả CDMS II, được mô tả trong một bài báo gửi Thư đánh giá vật lý, cho thấy chắc chắn 90 phần trăm rằng tỷ lệ tương tác của WIMP với khối lượng 60 GeV phải nhỏ hơn 4 x 10-43 cm2 hoặc khoảng một tương tác cứ sau 25 ngày cho mỗi kg của Germanium, vật liệu trong máy dò của thí nghiệm. Kết quả này cho các nhà nghiên cứu biết nhiều hơn những gì họ từng biết trước đây về WIMPS, nếu chúng tồn tại. Các phép đo từ các máy dò CDMS II có độ nhạy ít nhất gấp bốn lần so với phép đo tốt nhất trước đây được cung cấp bởi thí nghiệm EDELweISS, một thí nghiệm châu Âu dưới lòng đất gần Grenoble, Pháp.
Cẩn nghĩ về sự nhạy cảm được cải thiện này giống như một chiếc kính thiên văn mới có đường kính gấp đôi và do đó gấp bốn lần bộ sưu tập ánh sáng của bất kỳ thứ gì xuất hiện trước nó, anh chàng đồng sáng lập CDMS II Blas Cabrera thuộc Đại học Stanford cho biết. Bây giờ chúng ta có thể tìm kiếm một tín hiệu chỉ sáng bằng một phần tư như bất kỳ thứ gì chúng ta đã thấy trước đây. Trong vài năm tới, chúng tôi hy vọng sẽ cải thiện độ nhạy cảm của mình theo hệ số từ 20 trở lên.
Kết quả đang được trình bày tại Cuộc họp tháng 4 của Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ vào ngày 3 và 4 tháng 5 tại Denver bởi Harry Nelson và sinh viên tốt nghiệp Joel Sanders, cả Đại học California-Santa Barbara, và bởi Gensheng Wang và Sharmila Kamat của Case Western Đại học dự trữ.
Phát ngôn viên Chúng tôi biết rằng cả Mô hình vật lý hạt tiêu chuẩn cũng như mô hình vũ trụ của chúng tôi đều chưa hoàn chỉnh, người phát ngôn của CDMS II, Bernard Sadoulet thuộc Đại học California tại Berkeley cho biết. Phần còn thiếu đặc biệt này có vẻ phù hợp với cả hai câu đố. Chúng ta đang thấy hình dạng giống nhau từ hai hướng khác nhau.
WIMP, mang miễn phí, là một nghiên cứu trong mâu thuẫn. Trong khi các nhà vật lý mong đợi chúng có khối lượng proton gấp 100 lần, thì bản chất ma quái của chúng cho phép chúng lướt qua vật chất thông thường chỉ để lại dấu vết. Thuật ngữ này tương tác yếu với nhau, không liên quan đến lượng năng lượng tích tụ khi chúng tương tác với vật chất thông thường, mà là thực tế là chúng tương tác không thường xuyên. Trên thực tế, có đến hàng trăm tỷ WIMP có thể đã truyền qua cơ thể bạn khi bạn đọc vài câu đầu tiên này.
Với 48 nhà khoa học từ 13 tổ chức, cộng với 28 nhân viên kỹ thuật, kỹ thuật và hành chính khác, CDMS II hoạt động với sự tài trợ của Văn phòng Khoa học thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, từ Phòng Thiên văn học và Vật lý của Quỹ Khoa học Quốc gia và từ các tổ chức thành viên. Phòng thí nghiệm máy gia tốc quốc gia DOE từ Fermi cung cấp quản lý dự án cho CDMS II.
Tiến sĩ Bản chất của vật chất tối là nền tảng cho sự hiểu biết của chúng ta về sự hình thành và tiến hóa của vũ trụ, Tiến sĩ Raymond L. Orbach, Giám đốc Văn phòng Khoa học DOE, cho biết. Thử nghiệm này không thể thành công nếu không có sự cộng tác tích cực của Văn phòng Khoa học DOE, và Quỹ Khoa học Quốc gia.
Michael Turner, Trợ lý Giám đốc Toán học và Khoa học Vật lý tại NSF, đã mô tả việc xác định thành phần của vật chất tối là một trong những thách thức lớn trong cả vật lý thiên văn và vật lý hạt.
Vật chất tối giữ lại tất cả các cấu trúc trong vũ trụ - bao gồm cả Dải Ngân hà của chúng ta - và chúng ta vẫn không biết vật chất tối được tạo ra từ cái gì, theo Turn Turner. Giả thuyết hoạt động là một dạng vật chất mới - nếu đúng sẽ làm sáng tỏ hoạt động bên trong của các lực và hạt cơ bản. Theo đuổi giải pháp cho câu đố quan trọng này, CDMS hiện đang đứng đầu, với một yếu tố nhạy cảm khác là 20 vẫn sẽ đến.
Vật chất tối trong vũ trụ được phát hiện thông qua các hiệu ứng hấp dẫn của nó trên tất cả các quy mô vũ trụ, từ sự phát triển của cấu trúc trong vũ trụ sơ khai đến sự ổn định của các thiên hà ngày nay. Dữ liệu vũ trụ từ nhiều nguồn xác nhận rằng vật chất tối không nhìn thấy này tổng cộng hơn bảy lần lượng vật chất hữu hình thông thường tạo thành các ngôi sao, hành tinh và các vật thể khác trong vũ trụ.
Cab Một cái gì đó ở ngoài kia hình thành nên các thiên hà và giữ chúng lại với nhau ngày hôm nay, và nó không phát ra cũng không hấp thụ ánh sáng, Cabrera nói. Phần lớn các ngôi sao trong một thiên hà chỉ bằng 10 phần trăm khối lượng của toàn bộ thiên hà, vì vậy các ngôi sao giống như đèn cây thông Giáng sinh trang trí phòng khách của một ngôi nhà tối lớn.
Các nhà vật lý cũng tin rằng WIMP có thể là các hạt hạ nguyên tử chưa được quan sát được gọi là neutino. Đây sẽ là bằng chứng cho lý thuyết siêu đối xứng, giới thiệu vật lý mới hấp dẫn ngoài Mô hình chuẩn của các hạt và lực cơ bản ngày nay.
Siêu đối xứng dự đoán rằng mọi hạt đã biết đều có một đối tác siêu đối xứng với các tính chất bổ sung, mặc dù chưa có đối tác nào trong số này được quan sát. Tuy nhiên, nhiều mô hình siêu đối xứng dự đoán rằng hạt siêu đối xứng nhẹ nhất, được gọi là neutino, có khối lượng gấp 100 lần so với proton.
Dan Akerib của Đại học Case Western Reserve cho biết, các nhà lý thuyết đã đưa ra tất cả các đối tác được gọi là siêu đối xứng này để giải thích các vấn đề trên thang đo khoảng cách nhỏ nhất. Một trong những kết nối hấp dẫn của rất lớn và rất nhỏ, nhẹ nhất trong số những siêu anh hùng này có thể là mảnh ghép còn thiếu của câu đố để giải thích những gì chúng ta quan sát trên thang đo khoảng cách rất lớn.
Nhóm CDMS II thực hành thiên văn học ngầm của thế giới, với các máy dò hạt nằm cách bề mặt trái đất gần nửa dặm trong một mỏ sắt cũ ở Soudan, Minnesota. 2.341 feet của lớp vỏ Trái đất che chắn các tia vũ trụ và các hạt nền mà chúng tạo ra. Các máy dò được làm từ gecmani và silicon, tinh thể bán dẫn có tính chất tương tự. Các máy dò được làm lạnh trong vòng một phần mười của độ không tuyệt đối, lạnh đến mức chuyển động phân tử trở nên không đáng kể. Các máy dò đồng thời đo điện tích và độ rung được tạo ra bởi các tương tác hạt trong tinh thể. WIMPS sẽ báo hiệu sự hiện diện của chúng bằng cách giải phóng ít điện tích hơn các hạt khác cho cùng một lượng rung.
Các máy dò của chúng tôi hoạt động giống như một kính viễn vọng được trang bị các bộ lọc cho phép các nhà thiên văn học phân biệt một màu ánh sáng với một màu khác, quản lý dự án CDMS II Dan Bauer của Fermilab cho biết. Chỉ trong trường hợp của chúng tôi, chúng tôi đang cố gắng lọc ra các hạt thông thường có lợi cho vật chất tối WIMPS.
Nhà vật lý Earl Peterson của Đại học Minnesota giám sát Phòng thí nghiệm ngầm Soudan, cũng là nơi thực hiện thí nghiệm neutrino cơ bản dài Fermilab, Tìm kiếm dao động neutrino chính của In phun.
Ngay lập tức, tôi cảm thấy vui mừng về kết quả mới quan trọng từ CDMS II và tôi chúc mừng sự hợp tác này. Một lần nữa tôi rất vui vì các cơ sở của Phòng thí nghiệm Soudan đã góp phần vào sự thành công của CDMS II. Và tôi đặc biệt hài lòng rằng công việc của Fermilab và Đại học Minnesota trong việc mở rộng Phòng thí nghiệm Soudan đã mang lại kết quả vật lý mới tuyệt vời.
Khi CDSMII tìm kiếm WIMP trong vài năm tới, vật chất tối của vũ trụ của chúng ta sẽ được phát hiện, hoặc một loạt các mô hình siêu đối xứng sẽ bị loại trừ khỏi khả năng. Dù bằng cách nào, thí nghiệm CDMS II sẽ đóng vai trò chính trong việc thúc đẩy sự hiểu biết của chúng ta về vật lý hạt và vũ trụ.
Các tổ chức hợp tác CDMS II bao gồm Đại học Brown, Đại học Case Western Reserve, Phòng thí nghiệm máy gia tốc quốc gia Fermi, Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley, Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia, Đại học Princeton, Đại học Santa Clara, Đại học Stanford, Đại học California-Berkeley, Đại học California-Santa Barbara, Đại học Colorado tại Denver, Đại học Florida và Đại học Minnesota.
Fermilab là một phòng thí nghiệm quốc gia của Văn phòng Khoa học DOE được điều hành theo hợp đồng của Hiệp hội Nghiên cứu Đại học, Inc.
Nguồn gốc: Fermilab Tin tức phát hành
