Beguiling Dark Matter Signal fortsetter 20 år igjen


I dette bildet fra en kosmologisk simulering danner galakser en fil av filamenter og ark rundt massene av mørk materie. Getty Images En gruppe fysikere sier at det fortsatt oppdager nærværet av mørkt materiale - mysteriet substansen tenkte å utgjøre 85% av saken i universet - 20 år etter at det så de første hintene til et slikt signal. DAMA, e

I dette bildet fra en kosmologisk simulering danner galakser en fil av filamenter og ark rundt massene av mørk materie. Getty Images

En gruppe fysikere sier at det fortsatt oppdager nærværet av mørkt materiale - mysteriet substansen tenkte å utgjøre 85% av saken i universet - 20 år etter at det så de første hintene til et slikt signal.

DAMA, et samarbeid mellom italienske og kinesiske forskere, har kunngjort lang ventede resultater fra seks år med dataopptak, som fulgte en oppgradering til eksperimentet i 2010. Funnene er et løft for de flere gruppene som forsøker å reprodusere DAMAs resultater, noe som har vært kontroversiell og motsier seg andre eksperimenter. Men DAMAs forbedrede følsomhet gjør også resultatene vanskeligere å forklare, sier fysikere.

Observasjoner av galakser og av universets primordial stråling innebærer at det store flertallet av saken er av en type som er usynlig og samhandler nesten utelukkende gjennom tyngdekraften. Mange teorier eksisterer for å forklare naturen til dette mørke saken, og mange eksperimenter har forsøkt å oppdage det via subtile samspill med vanlig materie.

Rita Bernabei, fysiker ved Universitetet i Roma Tor Vergata, som har ledet DAMA siden sine tidlige dager, presenterte de siste resultatene 26. mars på et møte i det sentrale italienske Gran Sasso nasjonale laboratoriet, hvor eksperimentet ligger i en hul under et fjell. Slides fra hennes snakk er tilgjengelig på nettet, og Bernabei fortalte Nature at hennes team ikke ville kommentere mens det ble ferdiggjort sitt papir på resultatene.

Fysikere som søker etter mørkt materiale håper å måle den lille mengden energi gitt av når partikler i en "halo" av mørk materie tenkt å omslutte Melkeveien, interagerer med atomer av vanlig materie på jorden.

DAMA virker ved å registrere korte lysflammene som forekommer inne i krystallene av natriumjodid når subatomære partikler treffer kjernen til et natrium- eller jodatom. Noen blinker oppstår som følge av kollisjoner med svarte nøytroner og annen bakgrunnsradioaktivitet. Men et signal fra mørk materie i Melkeveien ville skille seg ut, fordi det ville dukke opp som en karakteristisk årlig modulasjon.

Det er fordi når solen beveger seg rundt i galaksen, skal haloen slå solsystemet som en vindvind, som sett fra jorden vil variere litt i hastighet når jorden sirkler solen. Jo raskere Jorden beveger seg, jo mer mørke materielle detekteringer det ville gjøre, og så vil antallet av blinker oppdaget variere gjennom hele året. Signalene skal toppe tidlig i juni og være på sitt laveste i begynnelsen av desember, sier Katherine Freese, en teoretisk astropartikkelfysiker ved University of Michigan i Ann Arbor, som var en del av laget som først foreslo for slike svingninger i 1986.

Halo av tvil

Men da DAMA først annonserte at det hadde sett en slik fluktuasjon, var det snart en tidlig versjon av forsøket slått på i 1997, var fysikksamfunnet skeptisk. Kritikere tvilte om at denne effekten var et ekte tegn på mørk materie. I stedet sa de at terrestriske kilder eller quirks i apparatet kan etterligne et reelt signal. Det var også en mulighet for at blipet ville forsvinne etter at deler av detektoren ble erstattet med nyere teknologi. Men det skjedde ikke. "Modulasjonen er fortsatt der, høyt og tydelig, " sier Freese.

En rekke stadig mer sofistikerte eksperimenter som også bør se mørk materie - selv om de har forskjellige teknikker - har hittil funnet ingen. Men DAMA-teamet har fortsatt å se en svingning. Gruppen bekreftet at den hadde sett signalet senest i 20132, fra en tidligere inkarnasjon av forsøket, kalt DAMA / LIBRA fase 1. De siste funnene, fra den oppgraderte DAMA / LIBRA-fasen 2, kommer som andre eksperimenter prøver for første gang for å bekrefte eller motbevise kravet ved bruk av samme type natriumjodidkrystaller som i DAMA.

Ledende den pakken er COSINE-100, et amerikansk og sørkoreansk eksperiment på Yangyang underjordiske laboratorium i Sør-Korea. Hyunsu Lee, fysiker ved Institutt for grunnvitenskap i Daejeon, sier at hvis DAMAs signal forsvant i de nye dataene, ville det ha dempet motivasjon for å utføre ytterligere natriumjodideksperimenter.

«For oss er disse resultatene svært oppmuntrende, » sier Susana Cebrian, fysiker ved Universitetet i Zaragoza i Spania, som arbeider med et annet replikasjonsforsøk, kalt ANAIS, i Canfranc Underground Laboratory i Pyreneene.

Uventet avvik

Men DAMAs siste resultater har en vri. Oppgraderingen har gjort det følsomt for lavere energikollisjonssignaler fra langsommere partikler. For typiske mørkemodellmodeller, bør tidsplanen for fluktuasjonene, sett fra jorda, reversere under visse energier: "Den skal spisse i desember og være minst i juni, " sier Freese. De nyeste resultatene viser ikke det.

Avviket "er forfriskende og mat for tanke", sier Juan Collar, en eksperimentell fysiker ved University of Chicago i Illinois som jobber med mørk materie deteksjon. "Modellbyggerne skal ha en ball med det, " legger han til. "Det kan peke på en verdslig opprinnelse, eller en ugudelig kompleks mørk materiell fortolkning."

Men mange fysikere uttrykker fortsatt skepsis. Dan Hooper, fysiker ved Fermi National Accelerator Laboratory i Batavia, Illinois, tweeted 26. mars: "Jeg er en veldig kreativ modell for mørk materiellmodell (hvis jeg sier det selv) og jeg kan ikke komme opp med en levedyktig modell som kan produsere dette signalet. "

Freese, som ikke er med i DAMA-samarbeidet, er mer sanguine. Hun sier at dataene ved lave energier fortsatt er foreløpige, og kan likevel være kompatible med en flip.

"Det er mer presserende enn noen gang at et selvstendig eksperiment basert på samme teknikk, som ANAIS, kunne gjengi effekten, sier Cebrian. Hennes team vil pakke opp sitt første år med dataopptak i august, sier hun, og har som mål å publisere resultater før årsskiftet.

På det tidspunktet vil COSINE-100 ha akkumulert to års dataverdier og har også til hensikt å frigjøre sine første resultater. Andre eksperimenter er planlagt i Australia og Japan; PICO-LON-detektoren, som japanske forskere håper å sette opp i Kamioka Underground Observatory, vil sikte seg å være spesielt følsomme overfor de fortellere lav-energi hendelsene, sier Kenichi Fushimi, som leder den innsatsen på Tokushima University.

Selv om DAMAs nyeste oppgraderinger fjernet noen mulige bekymringer om at effekten kunne ha blitt generert inne i detektoren, sier Collar, "Mystikken er imidlertid fortsatt av hvorfor deres resultat er uforenlig med omtrent alle andre funn i dette feltet."

Denne artikkelen er reprodusert med tillatelse og ble først publisert 28. mars 2018.

Hva betyr Trumps nye "åpne sinn" på klimatakkordet?Den overraskende opprinnelsen til evolusjonær kompleksitet"Star Wars" Planeter Migrere inn i posisjon rundt StellarUniversets kuleste lab satt til Open Quantum WorldØkofriendly Tolls ?: Congestion Pricing Fremmer Mass TransitEvolusjon og klimavitenskap gjør graden i statlige utdanningsstandarderDen afrikanske grønne revolusjonen (utvidet versjon)99 Prosent Chance 2016 blir det heteste året på posten