Rilevatore di materia oscura ultrasensibile appena lanciato

Il rivelatore centrale LZ nella camera bianca del Sanford Underground Research Facility.

Il rivelatore centrale LZ nella camera bianca del Sanford Underground Research Facility.
immagine: Matthew Capost, struttura di ricerca sotterranea di Sanford

Il team sperimentale LUX-ZEPLIN (LZ) ha annunciato oggi i risultati della sua prima sperimentazione scientifica; L’esperimento è il rilevatore di materia oscura più sensibile al mondo e, sebbene non abbia trovato alcuna materia oscura in questa prima prova, il team ha confermato che l’esperimento ha funzionato come previsto.

Il rivelatore dell’esperimento LZ consisteva in serbatoi nidificati di xeno liquido, ciascuno di 1,5 m di altezza e 1,5 m di larghezza, sepolti sotto il sud Dakota. L’idea è che una particella di materia oscura che passa attraverso lo spazio alla fine rimbalzerà su uno degli atomi di xeno, provocando la caduta di elettroni in un lampo che è stato registrato dall’esperimento. Il serbatoio è stato sepolto a circa un miglio sottoterra per ridurre la quantità di rumore di fondo. L’annuncio di oggi arriva dopo 60 giorni di raccolta dati che si sono svolti dal 25 dicembre al 12 maggio.

“Stiamo cercando rimbalzi di energia molto, molto bassi per gli standard della fisica delle particelle. È un processo molto, molto raro, se è visibile”, ha affermato Hugh Lippincott, fisico dell’Università della California, Santa Barbara e un membro del team LZ, in una conferenza stampa oggi, della materia oscura entro 10 milioni di anni luce dal piombo e ci aspettiamo solo un’interazione alla fine di quell’anno luce”.

La materia oscura è il termine generico per cose sconosciute che sembrano costituire circa il 27% dell’universo. Raramente interagisce con la materia ordinaria, da qui la sua “oscurità” per noi. Ma sappiamo che esiste perché, sebbene non venga rilevato direttamente, ha effetti gravitazionali che possono essere visti su scale cosmiche. (La NASA si rompe bene capito qui.)

Ci sono molti candidati per la materia oscura. Uno è WIMP, o particella massiccia che interagisce debolmente. A differenza di altri Ipotesi di materia oscura come assi o fotoni scuri, che sono così piccoli e dispersi che potrebbero agire come onde, i WIMP avrebbero massa ma raramente interagiscono con la materia ordinaria. Quindi, per scoprirlo, hai bisogno di un dispositivo che muti praticamente tutta la fisica in corso.

LZ è molto sensibile, il che lo rende utile per rilevare tali interazioni transitorie e rare. L’esperimento è 30 volte più grande e 100 volte più sensibile del suo predecessore, il grande esperimento sotterraneo allo xeno, secondo il Sanford Underground Research Facility. Pubblicazione. Lippincott ha affermato che LZ è una “cipolla efficace”, con ogni strato dell’esperimento isolato dal rumore che potrebbe mascherare una potenziale interazione con WIMP.

Rilevatore esterno LZ, che protegge da segnali indesiderati.

Rilevatore esterno LZ, che protegge da segnali indesiderati.
immagine: Matthew Capost, struttura di ricerca sotterranea di Sanford

“La collaborazione ha funzionato bene insieme per calibrare e comprendere la risposta del rivelatore”, ha affermato Aaron Manalisi, fisico del Berkeley Lab e membro del team LZ, al Berkeley Lab. comunicato stampa. “Dato che lo eseguiamo da alcuni mesi e durante le restrizioni COVID, è davvero impressionante che abbiamo avuto risultati così significativi”.

Delle molte scoperte fatte dall’esperimento LZ di 60 giorni, 335 sembravano promettenti, ma nessuna si è rivelata WIMP. Questo non vuol dire che WIMP non esista, ma elimina un’ampia portata della controversia. (Questo è il succo di ciò che fanno i rilevatori di materia oscura: a poco a poco, escludono la massa delle particelle Non posso è essere.) Diversi fisici hanno recentemente detto a Gizmodo Pensano che la prossima grande scoperta nella fisica delle particelle verrà da un rilevatore di materia oscura come LZ.

Questa corsa scientifica ha dato inizio a quella che dovrebbe essere una linea temporale di 1.000 giorni. Anche il round finale è stato aperto, quindi il Team LZ può monitorare il comportamento della tecnologia. Dal momento che stava funzionando come previsto, la prossima corsa scientifica avrebbe i suoi risultati “salati” o conditi con segnali spuri, perché attenuazione dei pregiudizi.

Nei prossimi anni verranno raccolti venti volte più dati, quindi forse i Wimpy WIMP dovranno finalmente affrontare la musica della loro esistenza. Poi di nuovo, potrebbero non essere stati affatto lì. Non lo sapremo finché non guarderemo.

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