Тітка для темної матерії

Щильність бідних фізиків, які шукають темну матерію, екзотичну речовину, яка робить близько чверть всієї матерії в космосах, взаємодіяючи з рештою Всесвіту тільки через тяжіння і слабку взаємодію. І не на тиждень йде без нового підказка темної матерії, що дражає фізиків, що з'являються на краю статистичної помилки, а потім зникають, побажаючи їх надії.

Для пошуку темної матерії покласти величезну кількість експериментів, цілу літеру супу акронімів, і кожен використовує власну техніку і технологію. Так, фізики повинні шукати щось, точні властивості яких вони не знають. Проблема полягає в тому, що в той час як деякі експерименти знайшли можливі натяки темної матерії, вони не відповідають один одному. Якщо ви поставите результати різних експериментів в різних тонах на одному графіку, то він буде виглядати як абстрактне мистецтво.






6 років тому Юань Colar Університету Чикаго був сповнений сподівань на неймовірне виявлення темної матерії. Але кожен наступний результат, здавалося б, в новому напрямку. Не дивно, що він починає свою розмову злегка парафрасуючи Великий Лебовський: "Ми нігілісти, ми не віримо нічого. й

«Останнє кілька років, як ми чуємо, що наш власний хвіст», - сказав він в інтерв'ю.

Добра новина – це те, що може знову потрапити. Фізиканти дивляться ознаки в небі і глибокому підпіллі, а також шукати інші ознаки в Великий Хадрон Колайдер, який також бере участь у поході для темної матерії. Змішувачі про темну матерію отримують голосніше, і кілька сигналів, які, здається, переплітаються. Погана новина полягає в тому, що ці натяки все ще не погоджуються, і кожна людина занадто ненадійна, говорить Катрин Зурк університету Мічиган. Багато фізико-математичних засобів можна знайти на всіх ділянках. Хто сказав: "Це важко не бути нігілістом, враховуючи, як відбувається."


Розумна справа.Ординарна видима речовина — планети, зірки, галактики, все інше — складають всього 4,9 відсотків всього світу. Більшість, 68.3 відсотків, є темною енергією, яка відповідає за прискорення розширення космосу. Решта 26.8% складається з темної матерії.

Якщо фізики не знають, що таке темне питання, вони впевнені, що це існує. Концепція виникла в 1933 році, коли Фріц Звікі проаналізував відкритість галактик в однокласному кластері і уклали, що гранатове тяжіння, що виділяється видимою речовиною, не може зберігати галактики, які рухаються на високих швидкостях від розсіювання від кластеру. Після того, як Vera Rubin і Kent Ford були знайдені додаткові докази темної матерії. Звік, перегляд зірок обертати на краю галактик. Зірки повинні пересуватися більш повільно, далеко від центру галактик, так само, як зовнішні планети нашої сонячної системи повільно пересуватися на сонці. замість того, як зовнішні зірки швидко перенесли як зірки, які були ближче до центру, але галактики не загнали. Щодо доповнення гравітаційного витягу.

Темна матерія була не тільки пояснення. Можливо, необхідно виправити модель сили Ейнштейна. Запропоновано багато альтернативних моделей, таких як MOND (Modified Newtonian Dynamics). У 2005 році інтерв’ю з Новим Вченим, що «це був більш привабливим варіантом, ніж Всесвіт, наповнений новим типом субнуклеючої частинки. й



Загальна маса булетних кластерних галактик значно менша, ніж маса кластерів двох хмар, що складається з гарячого газу, що випромінює рентгенівські промені (марковані червоними). Блакитні регіони, ще більш масивні, ніж всі галактики і хмари поєднуються, розкривають розподіл темної матерії

Але природа об’єднує естетичні переваги. У 2006-му яскравий образ Bullet Cluster (1E 0657-56) надійшов до цього питання. Продемонстровано два кластери галактик, що проходять через один одного, і їх гази, які співвідношенні створили ударну хвилю у вигляді кулі. Результати аналізу були несподіваними: гарячого газу (адміністративна матерія) накопичилися в щільне формування в центрі, де відбувався зіткнення, а з іншого боку накопичилося те, що може бути темним. Коли скупчення кластерів, темна матерія пройшла через те, що вона рідко взаємодіє з звичайною речовиною.

«Я думаю, що на цьому етапі ми можемо бути впевнені, що існує темна справа», – говорить Дан Хупер, фізико-фізичний університет Чикаго. Щодо того, як я знаю, не змінилася теорія тяжіння пояснює це.

Один провідний кандидат на частинки темної речовини є класом слабо взаємодіє з масовими частинками, WIMP, схожими на іншу субатомічну частинку, неутріно, яка також рідко взаємодіє з іншими речовинами. З відкриттям Хігса звучала одна епоха фізики частинок, а увага громадськості передається на основне нове відкриття. Михаїл Тернер університету Чікаго сказав, що він вважає це десятиліття WIMP.


УвійтиБільшість аортів спочатку прокинулися до важкого варіанту WIMP, і вважали, що темна матерія складається з частинок на замовлення 100 GeV. Маси субатомічних частинок вимірюються в блоках масово-енергетичних, електрон-вольт. Наприклад, маса протона – 1 GeV. Але останніми доказами є підтримка версії легких частинок, в яких їх маса знаходиться в діапазоні 7 до 10 GeV. Через це записувати їх безпосередньо складно, так як багато експериментів спираються на вимірювальні нуклеї.

Такі експерименти, як правило, проводяться глибоко підпілля, щоб краще відфільтрувати космічні промені, які можна легко плутати з сигналами темної речовини. Вони включають детектор з ретельно відібраним цільовим матеріалом, наприклад, німецькими або кремнієвими кристалами, або рідкими ксеноном. Фізіологи, які потім чекають рідкісних зіткнень між частинками темної речовини та нуклеї атомів цільового матеріалу. Це повинно привести до спалахів світла, і якщо вони досить яскраві, детектор буде записувати їх.

Це означає, що виявити темну частинку матерії, вона повинна перевозити достатню кількість енергії для отримання сигналу, що перевищує поріг чутливості детектора при його співпаданні з ядром. І легкий WIMPs, швидше за все, це зробити. Neil Weiner Нью-Йоркського університету говорить про різницю в сценаріях WIMP є тим самим, що різниця між зіткненнями між двома чашоподібними кульками і пінг-понг кулькою з чашочкою. «Хідно важкої частинки набагато простіше переносити цю енергію, ніж світлова частинка», – каже він.

Як виглядають фізіологи темної матерії? Переглядайте дані, зібрані детекторами. Сильна сила сигналу визначається числом стандартних статистичних відхилень, або sigma, від очікуваного значення фону. Цей метрик часто порівнюється з монетою, що падає хвости кілька разів поспіль. В результаті трьох sigma вже є серйозним натяком, еквівалентом скидання монети з одного боку дев'ять разів поспіль.

Багато з цих сигналів ослаблюють або зникнуть, стають статистично менш важливими з новими даними. Золотий стандарт для відкриття - п'ять сигма, еквівалент 21 голів поспіль. Якщо одночасно кілька людей стикається з монетами, і кожен має хвостики кілька разів поспіль - або якщо кілька експериментів знайти сигнал три sigma в одному масовому проміжку - навіть навряд чи стає можливим.

Деякі натяки темної матерії знаходяться в хитрому 2.8 sigma області. «Всі ці перспективні результати можуть бути відхилені протягом тижня», - сказав Метью Баклі Національної Accelerator Lab. Але ці речі завжди починаються з натяками. Коли ви збираєте більше даних, натяка стає статистично більш значним. й

Підземний шум ускладнює завдання. "Ви шукаєте сигнал." «На фоні є все інше, що нагадує ваш сигнал і ускладнює пошук», – М.М. Страслер, фізико-фізичний співробітник Університету Рутгерс, писав у блозі в липні 2011 року. «Якщо ви не збираєте трохи фону в обліковий запис, це, як правило, з’являється у вигляді додаткових низькоенергетичних зіткнень, які дуже схожі на легкий WIMPs». Іншими словами, світло темна матерія виглядає як сигнал помилки. й

Страслер подобав завдання намагатися знайти групу людей в натовпі. Якщо ваші друзі зношують такі ж яскраві червоні куртки, і кожен інший одягає різні кольори, легко знайти сигнал. Якщо інші люди також носять яскраві червоні куртки, випадкові кластери незнайомців непристосуватимуть сигнал. Уявіть, що ви омолодили кількість людей в червоних куртках, або навіть що ви кольорові У будь-якому з цих випадків ви будете виводити неправильний висновок: що ви знайшли своїх друзів, коли сигнал насправді є випадковим кластером незнайомців.


Свідчення сьогодніНезважаючи на ці виклики, різні експерименти виводили деякі перспективні, суперечні результати. Більше десятиріччя тому, DAMA/LIBRA (Dark Matter Detector with Thallium Доданий Potassium Iodide) експеримент, розташований глибоко в горі Гран Сассо d'Italia в центральній Італії, виявлений незначні коливання в кількості зіткнення на рік. Група вчених заявила про відкриття темної частинки у вигляді легковаговика WIMP вагою близько 10 GeV.

ДАМА/ЛІБРА

Інші фізики висловили серйозні сумніви. В той час як DAMA/LIBRA має сигнал, це може бути свідчення про щось інше. Той факт, що ще один експеримент, XENON10, розташований в кишечнику тієї ж гори, не вдалося виявити сигнал в однаковому енергетичному проміжку. Те ж сталося з експериментом CDMSII, проведеним в глибокій шахті в Судані, Міннесота. Як і експерименти були досить чутливі до виявлення сигналу такої енергії, якщо результат DAMA/LIBRA був дійсно темною енергією.

Ще один експеримент, CRESST записав сигнал. Але це не повністю відповідає сигналу DAMA/LIBRA, а його аналіз не вдалося врахувати для всіх можливих фонових шумів, які могли скомпільувати бажаний сигнал. DAMA/LIBRA також небезпечна науковці шляхом рефлексування, щоб поділитися результатами з громадськістю, щоб інші могли їх вивчати.

При обговоренні відмінностей між експериментами, пристрасть часто кип'ятять. «Зовні ви даєте розмову про темну матерію і вона закінчується в бою», - розповідає Баклі.

Але результат італійської групи вчених був досить стійким. Kolar, разом з іншими критичними критиками, окреслено, що DAMA/LIBRA виявляє неправильно, організувавши експеримент, який називається CoGeNT. У 2011 р., в рамках попереднього аналізу даних CoGeNT було підтверджено результати.

«Ми побудували CoGeNT з наміром вигнання DAMA, і зараз всі раптові ми застрягаємо в той же параметровий простір», – каже Kolar. Тим не менш, через вогонь в шахті Судан, де відбувався експеримент, початкові вияви прибули з перельотів даних лише 15 місяців. І вони показують ще один сигнал 2.8 sigma. Команда Kolar тепер проаналізує дані з усіх трьох- і-галотних років експерименту, які повинні посилювати цей сигнал – якщо це реально.



експеримент CoGeNT

Ви сумніви ще там. Результати CDMSII показують три події з тієї ж площі 10 GeV. На CDMSII було записано дві темні події, але після ретельного аналізу. Цього разу «ми мали три чіткі події», – розповідає Зюрек.

«Якщо хтось бачив темну матерію, що буде виглядати так», – каже вона. А тому, що вони все ще на 2.8 sigma поріг, «не одна буде вірити, що ці три події були викликані темною матерією, поки хтось інший бачить їх». Найсвіжіші докази вже підказали фізикам з XENON10, щоб переглянути їх аналіз і зробити висновок, що вони помилково відхилені натяки світла WIMP, знайдені на DAMA/LIBRA.

Судденно, легкий WIMP є принаймні можливістю, і підтримується аналізом гамма-променів, які випромінюються з центру нашого молочного способу, демонструючи натяки сигналу темної матері, відповідного варіанту 10 GeV.

Але це не єдиний варіант. WIMP без цікавої динаміки – що б маса – це просто найпростіша версія темної матерії. Існує кілька видів темних частинок, з різними видами взаємодій через темні сили, які складають весь темний сектор. Всесвіт, що аорти починають вивчати. Ми вважаємо, що моделі темно-потужних моделей є «найпоширеніший спосіб пояснити деякі з цих аномалії», але попереджає, що ще довгий шлях до демонстрації тесту. Зюрек погоджується: «В принципі ми можемо писати як багато теорій, як ми любимо, але природа повинна вибрати тільки один, – каже вона.

Коли ми знаємо, чи є всі ці натяки? Може бути протягом року, ви повинні чекати набагато довше. Але фізики, які намагаються знайти темну матерію, можуть найближчим часом запускати в більш прагматичні обмеження: бюджет зрізів. Для пошуку важливо різні експерименти. «Так ми не знаємо, що темна матерія частинок взаємодіє з нормальною речовиною, кілька різних експериментів мінімізувати шанси відсутньої темної матерії через неправильний вибір, і якщо щось міститься в декількох експериментах, теоретичні моделі можуть бути відкидані набагато швидше», - сказав Гречок. Тим не менш, всі експерименти обов’язкові для звітування результатів до відділу енергетики США, і всього 2-3 з них будуть вижити.

«У відділі є надаючі речі для того, щоб», – коментує Куляр. Ми можемо самі зателефонувати одержувачу. Якщо датчики під будівництво не дають результатів, буде дуже важко знайти мотивацію продовжити.

P.S. І пам'ятайте, що просто змініть наше споживання – разом ми змінюємо світ!

Джерело: geektimes.ru/post/286072/