18 април 2021
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Наличието на WIMP, най-надеждните кандидати за частици тъмна материя, не бе потвърдено

Нов експеримент не успява да потвърди предишен доклад за наличие на WIMP в космоса

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 25 март 2021 в 12:06 14980
Мозаечно изображение, комбиниращо данни от видимата светлина от изследването Sloan Digital Sky Survey (цветно кодирано синьо) с инфрачервени изгледи от дълги и къси вълни (съответно червени и зелени) от космическия телескоп Spitzer на НАСА. Изображение: NASA

В криминалните истории главният заподозрян почти винаги се оказва невинен в края на книгата. Обикновено, защото основното доказателство се оказа погрешно.

В науката се предполага, че ключовите доказателства са верни. Но понякога не е така. В загадката на невидимата „тъмна материя“ в космоса доказателствата, предполагащи един главен заподозрян, сега са директно развенчани. WIMP, малките частици, считани за най-добри кандидати за тъмна материя, не успяха да се проявят в експеримент, създаден специално за проверка на единственото предишно проучване, в което се твърди, че са открити.

В продължение на десетилетия физиците осъзнават, че по-голямата част от материята на Вселената е нещо съвсем различно от земната материя, която е направена предимно от протони и неутрони. Гравитационното влияние върху видимата материя (звезди и галактики) показва, че някакви тъмни неща с неизвестна идентичност са разпреснати в космоса. Обикновената материя представлява по-малко от 20 процента от цялата космическа материя.

По съвсем други причини теоретиците също отдавна предполагат, че в природата има загадъчни видове малки частици, предсказани от теоретична математическа рамка, известна като суперсиметрия или накратко SUSY. Тези частици би трябвало да са масивни по субатомни стандарти, но биха взаимодействали слабо с друга материя и така че са известни като слабо взаимодействащи масивни частици, тоест WIMP (Weakly Interacting Massive particles).

От многото възможни видове WIMP, един (вероятно най-лекият) трябва да притежава свойствата, необходими за обяснение на тъмната материя, намесваща се в движението на звездите и галактиките. Още през миналия век започват търсения на WIMP в опит да се докаже съществуването им и да се идентифицират като съставляващи тъмната материя.

През 1998 г. един изследователски екип обявява успех. Един експеримент, наречен DAMA (DArk MAtter), състоящ се от детектор на частици погребан под италиански Алпи, на пръв поглед е констатирал частици с характеристики, отговарящи на очакванията на някои физици за сигнал от тъмна материя.

Това е сложен експеримент, основан на предположението, че пространството е пълно с рояци WIMP-ове. Детекторът, съдържащ късчета натриев йодид, трябва да излъчи сигнал при удар от WIMP. Но други частици като естествените радиоактивни вещества също биха произвели такива сигнали, дори ако WIMP ги няма.

Затова експериментаторите прилагат един хитър подход, известен като годишен тест за модулация. Но нека просто го наречем подход "юни-декември".

Докато Земята обикаля около Слънцето, Слънцето също се движи, обикаляйки галактиката Млечен път, носено от спиралния ръкав в посока на съзвездието Лебед. Ако галактиката наистина е пълна с WIMP, Слънцето трябва непрекъснато да се сблъсква с тях, генерирайки „WIMP вятър“ като вятъра, който усещате, ако извадите главата си през прозореца на движеща се кола. През юни земната орбита се премества в същата посока като движението на слънцето около галактиката - във вятъра. Но през декември Земята се движи в обратна посока, далеч от вятъра. Така че би трябвало повече WIMP да удрят Земята през юни, отколкото през декември. Това е точно както на предното стъкло на колата се разбиват повече дъждовни капки при движение напред, отколкото при движение назад.


Докато слънцето се движи през космоса, то трябва да се сблъска (ако съществуват) с частици тъмна материя, наречени WIMP. Когато движението на Земята я отведе в същата посока като Слънцето, през лятото полученият „WIMP вятър“ трябва да изглежда по-силен, с повече WIMP сблъсъци през юни, отколкото през декември. Кредит: GEOATLAS / GRAPHI-OGRE, АДАПТИРАН ОТ T. DUBÉ

На конференцията по астрофизика в Париж през декември 1998 г. Пиерлуиджи Бели (Pierluigi Belli) от екипа на DAMA съобщава за ясен сигнал (или поне силен намек), че през юни пристигат повече частици от декември. (По-точно, резултатите показват годишна модулация в честотата на сигналите, достигайки връх около юни с минимум през декември.) Данните от DAMA показват WIMP с тегло 59 милиарда електронволта, приблизително 60 пъти масата на протона.

Но още тогава някои експерти се опасяват относно анализа на данните на екипа на DAMA. А би трябвало и други експерименти за търсене на WIMP с различни детектори и стратегии да намерят WIMP, ако резултитите на DAMA са верни - но други няма. И все пак DAMA продължава  да открива несъответствие между юни и декември и с усъвършенствана версия на експеримента, DAMA/LIBRA.

Може би DAMA е бил по-чувствителен към WIMP, отколкото други експерименти? В края на краищата останалите не дублират методите на DAMA. 

Но неотдавнашен преглед за пореден път установи, че резултатите от DAMA не могат да бъдат съгласувани с липсата на сигнал в други експерименти.

И сега надеждата на DAMA за оправдание е разбита допълнително от нов подземен експеримент, този в Испания. Учените със сътрудничеството на ANAIS повтарят метода "юни-декември" с натриев йодид, в опит да възпроизведат резултатите на DAMA със същия метод и материали. След три години работа екипът на ANAIS не съобщава за следи от WIMP.

Лаборант подготвя модул, съдържащ натриев йодид, за да се използване в експеримента ANAIS, предназначен за откриване на тъмна материя, в подземна лаборатория в Испания. Кредит: ANAIS / CAPA, UNIVERSIDAD ZARAGOZA

Честно казано, заключението за отсъствието на WIMP е основано на много сериозен и сложен технически анализ. Не става въпрос само за преброяване на сигналите. Трябва да се събират точни данни за поведението на девет различни модула натриев йодид. Трябва да се коригира наличието на редки радиоактивни изотопи, генерирани от сблъсъци с космически лъчи, преди да се изградят модулите. И тогава статистическият анализ, необходим за разпознаване на разликата зима-лято в сигнала, не е просто. Освен това ANAIS още работи, като планира да събира данни още две години, преди да даде окончателен анализ. Така че решението относно WIMP на DAMA не е непременно окончателно.

Въпреки това положението не изглежда добре за WIMP, поне за WIMP, основани на вярата в суперсиметрия.

За съжаление на феновете на SUSY, търсенето на WIMP в космоса не е единствената лоша новина. Опитите за създаване на WIMP в ускорители на частици също засега са неуспешни. Тъмната материя може просто да се окаже, че се състои от някакъв друг вид субатомни частици.

Въпреки огромното количество данни, събрани от високоенергийните сблъсъци в LHC, нито един от сценарии за търсене на кандидати за тъмна материя - от суперсиметрични частици до микро-черни дупки - не е показал доказателства в подкрепа на своето съществуване. Кредит: CERN / ATLAS

Ако е така, това би било сюжет, достоен за Агата Кристи, нещо като Поаро, който се оказва убиецът. Защото симетрията отдавна е най-надеждният приятел на физиците, прилагането й води до много големи успехи, от Теорията на относителността на Айнщайн до Стандартния модел на частиците и силите.

И все пак, ако не са намерени SUSY частици досега, не означава непременно, че те не съществуват. Суперсиметрията може да не е толкова проста, колкото изглежда за пръв поглед. А SUSY частиците може да са по-трудни за откриване, отколкото учените предполагат. Но ако суперсиметрията се окаже не толкова супер, на учените може да се наложи да преосмислят защо вярата в симетрията може да ги подлъже.

Източник: The dark matter mystery deepens with the demise of a reported detection, Tom Siegfried, Science News


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
15 април 2021 в 00:003056
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.