Fiziķi atklāj neizskaidrojamu daļiņu mijiedarbību, meklējot tumšo vielu

XENON1T fotodetektori. (Ksenona sadarbība)

Dziļi zem Gran Sasso kalniem Itālijā, kas ir pasaulē visjutīgākais tumšā matērija eksperiments ir atklājis pārsteigumu. Nē, tā nav tumšā viela. Tā vietā eksperiments ir atklājis ievērojami vairāk daļiņu mijiedarbības notikumu, nekā prognozēja standarta modelis daļiņu fizikas jomā.

No 2017. gada februāra līdz 2018. gada februārim paredzamo 232 ± 15 zemas enerģijas patēriņa notikumu vietā XENON1T tumšās vielas eksperiments atklāja 285 — par 53 vairāk nekā prognozēts, un ievērojami pārsniedz kļūdu robežu.

Aizraujoši, ka sadarbībā iesaistītā lielā starptautiskā fiziķu komanda nezina, kas izraisa pārpalikumu, lai gan viņi ir strādājuši pie rezultātiem kopš 2018. gada.



Pēc rūpīgas apsvēršanas viņi ir apvienojuši savas iespējas līdz trim iespējām: viena diezgan ikdienišķa… un divas citas, kurām būtu milzīga ietekme uz mūsu izpratni par fundamentālo fiziku.

Pētnieki iepazīstināja ar saviem atklājumiem tiešsaistes seminārā 17. jūnijā, un ir sagatavoja papīru kas pašlaik ir pirmsdrukāšanas stadijā salīdzinošā pārskatīšana .

'Mēs novērojam pārmērību, kas ir lielāka par trim sigmām, un mēs nezinām, kas tas ir.' teica fiziķis Evans Šoklijs no Čikāgas universitātes.

XENON1T ir tvertne, kas piepildīta ar 3,2 metriskām tonnām īpaši tīra šķidra ksenona un aprīkota ar fotopavairotāja cauruļu blokiem. Tas ir pilnībā noslēgts un pilnīgi tumšs, lai noteiktu scintilāciju un elektroluminiscenci, kas rodas, divām daļiņām savstarpēji mijiedarbojoties, radot nelielus gaismas uzplaiksnījumus un niecīgu elektronu lietu, kas tiek izmesta no ksenona atoma – tas ir pazīstams kā elektronu atsitiens.

Tā kā lielākā daļa šo mijiedarbību notiek no zināmām daļiņām, ir samērā vienkārši novērtēt fona notikumu skaitu, kuriem vajadzētu notikt. Šādi tika iegūts skaitlis 232 zemas enerģijas elektronu atsitieniem.

Tātad lielais jautājums ir “no kurienes papildu 53 notikumi”.

Pirmais un ikdienišķākais no trim scenārijiem, kas varēja radīt papildu daļiņu mijiedarbību, ir iepriekš neapsvērts fona notikumu avots, ko izraisa ļoti mazs reta radioaktīvā ūdeņraža izotopa, ko sauc par tritiju, daudzums.

Pētnieki atzīmēja, ka tritijs varēja tikt ievadīts detektorā, kosmogēniski aktivizējot ksenonu un ūdeņradi pašos detektora materiālos. Vajadzētu tikai minūti tritija – tikai daži atomi uz katriem 1025ksenona atomi, pārāk mazi, lai tos atklātu. Mēģinājumi noteikt tritiju ar citiem līdzekļiem bija neauglīgi, tāpēc tritija hipotēzi nevarēja ne apstiprināt, ne izslēgt.

Otra, intriģējošāka iespēja ir tāda, ka signālu varētu izraisīt neitrīno . Šīs daļiņas ir līdzīgas elektroniem, taču tām gandrīz nav masas un lādiņa, un tās ļoti reti mijiedarbojas ar citām daļiņām. Tas ir tikpat labi, jo neitrīno ir visizplatītākā daļiņa Visumā.

Saskaņā ar komandas aprēķiniem, neitrīno varētu būt atbildīgi par pārmērīgu signālu, ja tiem būtu spēcīgāks magnētiskais moments - tas ir, magnētiskais spēks un orientācija - nekā mēs domājām. Ja šie spēcīgākie magnētiskā momenta neitrīno ir atbildīgi par signālu, mums, ļoti iespējams, būtu vajadzīga jauna fizika, lai izskaidrotu, kā tie var pastāvēt.

Šī scenārija lielā problēma ir tā, ka šie neitrīno tiek ražoti zvaigžņu kodolos ( citu vietu starpā ), un lielākā skaitā tiktu ražotas ļoti karstās zvaigznēs, piemēram, baltajos punduros, no kuriem tie iegūtu enerģiju, samazinot zvaigznes siltumu. Mums vēl ir jānovēro tādi siltuma zudumi atbilst enerģijas ieguvei neitrīno ar spēcīgiem magnētiskiem momentiem. Tas rada to, ko pētnieki sauc par 'spēcīgu spriedzi' ar saviem rezultātiem.

Trešais scenārijs ir hipotētiskas daļiņas veids, ko sauc par saules asi. Tas vislabāk atbilst datiem ar ticamības līmeni 3,5 sigmas — tas ir, iespēja, ka signāls ir nejaušas svārstības, ir 2 no 10 000. (Pārējiem diviem scenārijiem ticamības līmenis ir 3,2 sigma.)

Tas patiesībā būtu milzīgs , kopš līdz šim mēs neesam atklājuši nekāda veida aksijas. Aksioni ir daļiņu veids, kas tika izvirzīts 1970. gados, lai atrisinātu jautājumu par to, kāpēc spēcīgi atomu spēki seko kaut kam, ko sauc par lādiņa-paritātes simetrija , kad lielākā daļa modeļu saka, ka viņiem tas nav vajadzīgs.

Konkrētas masas aksijas ir aspēcīgas tumšās vielas kandidāts. Saules aksijas, kas hipotētiski straumē no Saules, nav tādas pašas kā tumšās vielas kandidātaksi, taču tās būtu spēcīgs mājiens uz to esamību - ja pastāv Saules aksijas, vajadzētu pastāvēt arī citām aksijām.

Problēma ar šo scenāriju ir ļoti līdzīga problēmai ar neitrīniem. Ja Saule var radīt aksionus, tad arī visas zvaigznes; un kārtējo reizi novērotie siltuma zudumi ļoti karstās zvaigžņu vietās stingri ierobežojumi aksionu mijiedarbībai ar subatomiskām daļiņām .

Tātad, mums atliek marinēta gurķa dille, un to varēs atrisināt tikai ar vairākiem eksperimentiem. Tā kā XENON1T tiek jaunināts uz nākamo posmu XENONnT, mums pagaidām būs jāturas pie cepures.

'Šeit apspriestos signālus var sīkāk izpētīt nākamās paaudzes detektoros.' pētnieki rakstīja savā dokumentā .

XENONnT, kura mērķa masa ir 5,9 tonnas un ER fona samazinājums par ∼ 6, ļaus mums daudz detalizētāk izpētīt pārpalikumu, ja tas turpināsies. Sākotnējie pētījumi, kuru pamatā ir šī darba vispiemērotākie rezultāti, liecina, ka saules ass signālu var atšķirt no tritija fona 5 σ līmenī pēc tikai dažu mēnešu datiem no XENONnT.

Pirmsdrukas papīrs ir bijis augšupielādēts XENON1T vietnē .

Populārākas Kategorijas: Sabiedrību , Neklasificēts , Viedoklis , Cilvēkiem , Veselība , Fizika , Daba , Dabu , Tech , Telpa ,

Par Mums

Neatkarīgu, Pārbaudītu Faktu Publicēšana Par Veselību, Telpu, Dabu, Tehnoloģijām Un Vidi.