FoodPro Preloader

Galaktisk signal øker LHCs mørke materiesøk


y-stråler utgitt fra Galactic Center gir LHC et fast mål i sin jakt etter mørkt materiale. Det er et av de mest omstridte observasjonene i fysikken. Men en forklaring kan være i sikte for et mystisk overskudd av høy-energi fotoner i sentrum av Milky Way. Den siste analysen tyder på at signalet kan komme fra en mørk materiepartikkel som har akkurat den rette massen til å dukke opp på verdens største partikkelakselerator. Stor Had

y-stråler utgitt fra Galactic Center gir LHC et fast mål i sin jakt etter mørkt materiale.

Det er et av de mest omstridte observasjonene i fysikken. Men en forklaring kan være i sikte for et mystisk overskudd av høy-energi fotoner i sentrum av Milky Way. Den siste analysen tyder på at signalet kan komme fra en mørk materiepartikkel som har akkurat den rette massen til å dukke opp på verdens største partikkelakselerator.

Stor Hadron Collider (LHC), som er plassert på CERN partikkelfysikklaboratoriet i nærheten av Genève, Sveits, skyldes å starte kolliderende protoner i sommer etter en toårs hiatus (se 'LHC 2.0: En ny utsikt over universet'). Fysikere har det fortalt Nature at de nå planlegger å gjøre søket etter en slik partikkel et toppmål for colliderens andre runde.

En positiv deteksjon vil løse kilden til de galaktiske y-strålene. Men det ville også avsløre naturen av mørk materie, de usynlige tingene trodde å utgjøre rundt 85% av universets sak, og ville være et etterspurt bevis for supersymmetri, en stor måte å utvide dagens standardmodell av partikkelfysikk.

"Dette kan vel vel være den mest lovende forklaringen til det galaktiske senteret som er foreslått til dags dato, " sier Dan Hooper fra Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) i Batavia, Illinois, selv om han legger til at "det er ganske mange andre som er ikke for langt bak ".

I 2009 var Hooper og Lisa Goodenough, deretter en utdannet student ved New York University, de første som oppdaget signalet, i data fra NASAs Fermi Gamma-Ray Space Telescope. De foreslo at bumpen var en signatur av mørk materie. To kolliderende mørkestoffpartikler vil ødelegge hverandre, akkurat som vanlig materie gjør med antimatter. Annihilation ville generere en rekke korte levede partikler som til slutt ville gi y-stråler.

Men den foreslåtte partikkelen, som har blitt kalt hooperon eller gooperon etter sine fortalere, kom snart inn i problemer med fysikernes favorittversjon av supersymmetri. Selv om den minimale supersymmetriske standardmodellen (MSSM) gjør det mulig for mørkestoffpartikler med den anslåtte massen av hooperoner - ca. 25-30 gigaelectronvolts (1 GeV er omtrent massen av en proton) - flere eksperimenter hadde antydet at partiklene må være tyngre. For å imøtekomme hooperoner, må MSSM bli modifisert i en grad som gjør mange fysikere ubehagelige. "Det ville ha krevd en helt ny teori, " sier Sascha Caron, en partikkelfysiker ved Radboud University Nijmegen i Nederland, som leder laget bak de siste beregningene.

Skeptikere foreslo at det y-stråleoverskudd som ble observert i Fermi-dataene hadde merverdige forklaringer, som for eksempel utslipp fra nøytronstjerner eller fra restene av eksploderte stjerner.

Men i slutten av 2014 viste det seg at beregninger for rekkevidde av mørke materie-partikkelmasser som ville være kompatible med Fermi-bumpen var for konservative. Friske estimater av y-ray'-støyen produsert av kjente kilder, gitt av Fermi-vitenskapsteamet og andre, tillater mye tyngre partikler. "Overskuddet kan forklares med en partikkel på opptil 200 GeV, " sier Simona Murgia, en fysiker ved University of California, Irvine, og en ledende forsker i Fermi-laget.

Big-bang passform
Bevæpnet med dette innsiktet, omkalket Caron og hans medarbeidere forutsigelsene til MSSM-teorien og fant en annen potensiell forklaring på overskytelsen. En eksisterende mørkemessige kandidat kalt en nøytralino. Neutralino var tung nok til ikke å bli utelukket av tidligere eksperimenter, men likevel lett nok til potensielt produsert i andre runde av LHC.

Carons modell produserer også en prediksjon for mengden mørk materie som burde ha blitt opprettet i Big Bang som er kompatibel med state-of-the-art observasjoner av kosmisk mikrobølgebakgrunn - reliksstrålingen i Big Bang-utført av European Space Agency's Planck-sonde (se Nature //doi.org/38k; 2014). Dette kan ikke være en tilfeldighet, sier han. "Jeg finner dette ganske utrolig."

Carons lag er ikke den eneste som reanalyserer Fermi-bumpet i lys av de nye estimatene. Liknende, men mindre detaljerte beregninger utført av Fermilab-fysikeren Patrick Fox og hans kolleger i november, avslørte også nøytralino som en potensiell årsak til Fermi-strålene. Og Katherine Freese, direktør for Nordita, Nordisk Institutt for Teoretisk Fysikk i Stockholm, sier at hun og hennes medarbeidere har beregnet at overskytelsen kan skyldes en type mørk materie som har en mindre populær teori om supersymmetri.

Oppløsning kan være rett rundt hjørnet. I tillegg til å bli produsert på LHC, kunne nøytralino også være innenfor skyting av neste generasjons underjordiske eksperimenter som prøver å fange mørkepartikler som tilfeldigvis flyr gjennom jorden, sier fysikeren Albert De Roeck, som arbeider på CMS, en av de to LHC detektorer som vil jakte på mørkt materiale. Hvis en slik partikkel egentlig er årsaken til y-strålene, sier han, "det ser ut til at mørkemessige signaler skal observeres veldig snart nå".

Denne artikkelen er reprodusert med tillatelse og ble først publisert 5. mai 2015.

Inaktive øyeblikk blir til mange luftforurensende stoffer på skoleneForskjellige slag: Nye motorforurensninger med lavere forurensning kan redde liv og bekjempe klimaendring [lysbildefremvisning]Betal snavs: Slik setter du Tar Sands inn i olje [Slide Show]Leder av US Chemical Safety Board fraråderNASAs neste Mars Rover til Land på Huge Gale CraterJourneying til den gamle jorden og Quantum RealmNy teleskopstrategi kan løse Dark Matter MysteryNew York City kunne se 6-fots sjøstigning, tripling av varmebølger innen 2100