XENON1T, máy dò nhạy cảm nhất trên trái đất tìm kiếm vật chất tối WIMP, phát hành kết quả đầu tiên của nó

Anonim

"Kết quả tốt nhất về vật chất tối - và chúng tôi mới bắt đầu." Đây là cách các nhà khoa học đằng sau XENON1T, hiện là thí nghiệm vật chất tối nhạy cảm nhất trên thế giới, đã nhận xét về kết quả đầu tiên của họ từ một cuộc chạy ngắn 30 ngày được trình bày hôm nay cho cộng đồng khoa học.

Vật chất tối là một trong những thành phần cơ bản của vũ trụ, gấp năm lần vật chất thông thường. Một số phép đo thiên văn đã chứng thực sự tồn tại của vật chất tối, dẫn đến một nỗ lực trên toàn thế giới để quan sát các tương tác hạt vật chất tối với vật chất thông thường trong các máy dò cực kỳ nhạy cảm, nó sẽ xác nhận sự tồn tại của nó và làm sáng tỏ các tính chất của nó. Tuy nhiên, những tương tác này quá yếu ớt đến nỗi chúng đã thoát khỏi sự phát hiện trực tiếp đến thời điểm này, buộc các nhà khoa học xây dựng các máy dò ngày càng nhạy cảm hơn. Hợp tác XENON, với máy dò XENON100 đã dẫn đầu lĩnh vực này trong nhiều năm trước đây, giờ đã trở lại trên tuyến đầu với thí nghiệm XENON1T. Kết quả từ lần chạy ngắn 30 ngày đầu tiên cho thấy rằng máy dò này có mức phóng xạ thấp kỷ lục mới, nhiều đơn đặt hàng có độ lớn bên dưới các vật liệu xung quanh trên Trái Đất. Với tổng khối lượng khoảng 3200kg, XENON1T là thiết bị dò tìm lớn nhất của loại này từng được chế tạo. Sự kết hợp của kích thước tăng đáng kể với nền thấp hơn nhiều ngụ ý tiềm năng phát hiện vật chất tối tuyệt vời trong những năm tới.

Hợp tác XENON bao gồm 135 nhà nghiên cứu đến từ Hoa Kỳ, Đức, Ý, Thụy Sĩ, Bồ Đào Nha, Pháp, Hà Lan, Israel, Thụy Điển và các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất. Máy dò mới nhất của gia đình XENON đã hoạt động khoa học tại phòng thí nghiệm dưới lòng đất LNGS từ mùa thu năm 2016. Những điều duy nhất bạn thấy khi đến thăm địa điểm thử nghiệm dưới lòng đất bây giờ là một bể kim loại hình trụ khổng lồ chứa đầy nước tinh khiết để bảo vệ máy dò trung tâm của anh ta, và một tòa nhà cao ba tầng, trong suốt đông đúc với thiết bị để giữ cho máy dò chạy.

Đầu dò trung tâm XENON1T, một khoang chiếu thời gian xenon lỏng (LXeTPC), không nhìn thấy được. Nó nằm trong một thiết bị làm lạnh ở giữa bể nước, hoàn toàn chìm để che chắn nó càng nhiều càng tốt từ phóng xạ tự nhiên trong hang động. Bộ điều nhiệt giữ cho xenon ở nhiệt độ -95 ° C mà không làm đóng băng nước xung quanh. Ngọn núi phía trên phòng thí nghiệm tiếp tục bảo vệ máy dò, ngăn chặn sự nhiễu loạn bởi tia vũ trụ. Nhưng che chắn từ thế giới bên ngoài là không đủ vì tất cả các vật liệu trên Trái Đất chứa những dấu vết nhỏ của phóng xạ tự nhiên. Do đó, việc chăm sóc cực kỳ được thực hiện để tìm, chọn và xử lý các vật liệu của máy dò để đạt được hàm lượng phóng xạ thấp nhất có thể. Laura Baudis, giáo sư tại Đại học Zürich và giáo sư Manfred Lindner thuộc Viện Vật lý hạt nhân Max-Planck ở Heidelberg, nhấn mạnh rằng điều này cho phép XENON1T đạt được "sự im lặng", là điều cần thiết để lắng nghe tiếng nói rất yếu của bóng tối vấn đề.

Một tương tác hạt trong xenon lỏng dẫn đến những tia sáng nhỏ xíu. Đây là những gì các nhà khoa học XENON đang ghi chép và nghiên cứu để suy ra vị trí và năng lượng của hạt tương tác, và liệu nó có phải là vật chất tối hay không. Thông tin không gian cho phép các nhà nghiên cứu lựa chọn các tương tác xảy ra trong lõi trung tâm một tấn của máy dò.

Xenon xung quanh tiếp tục che chắn mục tiêu xenon lõi từ tất cả các vật liệu đã có chất gây ô nhiễm phóng xạ nhỏ còn sót lại. Bất chấp sự thiếu hụt của khoa học 30 ngày, sự nhạy cảm của XENON1T đã vượt qua mọi thử nghiệm khác trong lĩnh vực này, thăm dò lãnh thổ vật chất tối chưa được khám phá. "Các WIMP đã không xuất hiện trong lần tìm kiếm đầu tiên này với XENON1T, nhưng chúng tôi cũng không mong đợi chúng sớm như vậy", Elena Aprile, Giáo sư tại Đại học Columbia và phát ngôn viên của dự án cho biết. "Tin tốt nhất là thử nghiệm tiếp tục tích lũy dữ liệu tuyệt vời, điều này sẽ cho phép chúng tôi kiểm tra giả thuyết WIMP khá sớm trong một khu vực khối lượng và mặt cắt ngang với các nguyên tử bình thường chưa từng có trước đây. Một giai đoạn mới trong cuộc đua phát hiện tối vấn đề với các máy phát hiện nền cực thấp trên Trái Đất vừa mới bắt đầu với XENON1T. Chúng tôi tự hào là người đi đầu trong cuộc đua với thiết bị dò tìm tuyệt vời này, loại đầu tiên thuộc loại này. "

menu
menu