Ein einzelnes Ergebnis eines Detektors für dunkle Materie kann sogar in freier Wildbahn etwas sein

Letztes Jahr XENON1T, das empfindlichste der Welt Dunkle Materie Detector, es sieht so aus, als ob er einen Schlag versetzt. Nicht aus dunkler Materie, sondern aus etwas anderem. Vielleicht Neutrinos, möglicherweise Sonnenachsen und möglicherweise radioaktive Kontamination im Detektor.

Nun hat ein anderes Physiker-Team eine andere Antwort gefunden. Das Signal könnte nicht mit dunkler Materie übereinstimmen, aber dunkle EnergieSie sagen. Wenn dies tatsächlich der Grund für den plötzlichen Anstieg der XENON1T-Entdeckungen ist, stellt dies einen wichtigen Meilenstein auf der Suche nach dieser mysteriösen Kraft dar.

Dunkle Energie ist uns wie dunkle Materie unbekannt. Dunkle Materie ist der Name, den wir Masse geben, die wir nicht direkt erkennen können. Wir folgern seine Existenz, weil es im Universum mehr Schwerkraft gibt, als wir durch die Berechnung der Dinge, die wir entdecken können, erklären können – so viel mehr. Ungefähr 5 Prozent des Universums sind natürliche Materie, wie Sterne, Schwarze LöcherUnd die Planeten, die wir sind. Ungefähr 21% sind dunkle Materie.

Die restlichen 74 Prozent sind dunkle Energie. Wir konnten es auch nicht direkt feststellen; Stattdessen schließen wir seine Anwesenheit in der sich beschleunigenden Expansion des Universums. Es gibt etwas im Universum, das sich schneller ausbreitet, als wir es erklären können, und wir nennen es dunkle Energie.

“Obwohl beide Komponenten unsichtbar sind, wissen wir viel über Dunkle Materie, deren Existenz bereits in den 1920er Jahren vermutet wurde, während die Dunkle Energie erst 1998 entdeckt wurde.” Kosmologin Sunny Vagnozzi sagte Vom Kavli Institute of Cosmology, University of Cambridge, UK.

„Groß angelegte Experimente wie XENON1T sollen dunkle Materie direkt nachweisen, indem nach Anzeichen dafür gesucht wird, dass dunkle Materie mit gewöhnlicher Materie ‚kollidiert‘, aber dunkle Energie ist viel schwieriger.“

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XENON1T ist ein Tank, der mit 3,2 Tonnen hochreinem flüssigem Xenon gefüllt ist und mit Photomultiplier-Arrays ausgestattet ist. Es ist komplett geschlossen und komplett dunkel So konnten die Forscher bei der Wechselwirkung der Teilchen Elektrolumineszenzblitze nachweisen, die einen winzigen Elektronenschauer aus den Xenon-Atomen erzeugen, der als Elektronensprung bekannt ist.

Da die meisten davon aus bekannten Teilchenwechselwirkungen resultieren, haben wir eine sehr genaue Vorstellung davon, wie viele Elektronen-Bounce-Ereignisse als Teil des allgemeinen Hintergrundrauschens auftreten sollten. Diese Zahl beträgt etwa 232 ± 15 pro Jahr. Stattdessen hat XENON1T von Februar 2017 bis Februar 2018 285 Ereignisse erkannt.

Wissenschaftler fanden heraus, dass die wahrscheinlichste Erklärung eine Art hypothetisches Teilchen war, das als Sonnenachsen bezeichnet wird und erstmals in den 1970er Jahren schwebte, um die Frage zu lösen, warum starke Atomkräfte einem sogenannten . folgen Ladungs-Paritätssymmetrie, wenn die meisten Modelle sagen, dass sie es nicht müssen.

Aber es gibt einen Haken: Wenn die Sonne in der Lage ist, Axionen zu produzieren, sollten das alle Sterne auch. An Orten mit extrem heißen Sternen wurde jedoch Wärmeverlust beobachtet Strenge Grenzen für Axion-Wechselwirkungen mit subatomaren Teilchen.

Also machten sich Vagnozzi und sein Team daran, die Möglichkeit zu testen, dass dunkle Energie für den Anstieg verantwortlich war. Nun mag dunkle Energie ein Rätsel sein, aber die meisten physikalischen Modelle der dunklen Energie führen zu einer unbekannten fünften Naturkraft, jenseits von Elektromagnetismus, Schwerkraft und zwei nuklearen Wechselwirkungen.

Da die beschleunigte Expansion des Universums nur auf sehr großen Skalen nachgewiesen werden kann und die Gravitation auf lokaler Skala wirkt, müsste jedes Modell der Dunklen Materie, das eine fünfte Kraft anzeigt, auch erklären, warum diese Kraft in unserer astronomischen Umgebung nicht sichtbar ist.

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Vagnozzi und sein Team haben eine Methodik entwickelt, die auf einem Mechanismus namens Chamäleon-Scan basiert, der das Chaos vermeidet, zu erklären, warum wir die fünfte Kraft nicht sehen, indem sie davon ausgehen, dass sie in dichten Umgebungen wie unserer extrem kurzlebig ist.

„Das Chamäleon-Siebsystem stoppt die Produktion von dunklen Energieteilchen in sehr dichten Objekten und vermeidet so Probleme mit Sonnenachsen.“ Vagnozzi sagte.

“Es ermöglicht uns auch, das, was im sehr dichten Lokaluniversum passiert, von dem zu trennen, was auf größeren Skalen passiert, wo die Dichte sehr gering ist.”

Ihre Ergebnisse zeigten, dass dunkle Energieteilchen aus einer starken magnetischen Region der Sonne namens Tacoclean -zwischen der inneren Strahlungszone und der äußeren Belastungszone – das in den XENON1T-Daten beobachtete Signal kann erzeugt werden. Dies wird nur der Hintergrundinterpretation mit einer Konfidenz von 2,5 Sigma vorgezogen.

Sie ist immer noch nicht ganz so robust wie die Solaraxion-Interpretation, die ein Konfidenzniveau von 3,5 Sigma hatte; Oder sogar Neutrinos oder radioaktive Kontamination, die beide ein Konfidenzniveau von 3,2 Sigma haben.

Es bietet eine alternative Lösung, eine Lösung, die frei von den heiklen Problemen anderer ist. als Forscher schrieb in ihrer Zeitung, “erhebt die beeindruckende Möglichkeit, dass XENON1T den ersten direkten Nachweis von dunkler Energie gemacht haben könnte.”

Dies ist natürlich der Fall, wenn das Signal echt ist. Wir brauchen einen weiteren Fund, bevor wir sicher sein können, und da das XENON1T derzeit aktualisiert wird, müssen wir etwas warten.

Auch wenn das Signal in der nächsten Beobachtungsrunde nicht auftaucht, hat das Papier den Grundstein gelegt, um über den Tellerrand zu schauen, wenn sich die Entdeckung endgültig bestätigt.

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“Es war wirklich überraschend, dass dieser Überschuss im Prinzip eher von dunkler Energie als von dunkler Materie verursacht wurde.” Vagnozzi sagte. “Wenn man solche Dinge zusammenklickt, ist das wirklich etwas Besonderes.”

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