이미지 크레디트 : Fermilab
미네소타 북부의 지하 천문대에서 얻은 첫 번째 데이터를 통해 극저온 암흑 물질 검색 과학자들은 WIMPS의 의심되는 영역에 대해 그 어느 때보 다 더 큰 감도로 피어링했습니다. 약하게 상호 작용하는 거대한 입자의 관찰은 우주 규모에서 아암의 이중 미스터리와 아 원자 규모에서 초대칭을 해결할 수 있습니다.
Physical Review Letters에 제출 된 논문에 설명 된 CDMS II 결과는 질량이 60GeV 인 WIMP의 상호 작용 속도가 4 x 10-43cm2 미만이거나 킬로그램 당 25 일마다 약 1 회의 상호 작용이어야 함을 90 % 확실하게 보여줍니다 실험 검출기의 물질 인 게르마늄의 이 결과는 WIMPS에 대해 이전에 알려진 것보다 더 많은 것을 연구원들에게 알려줍니다. CDMS II 검출기의 측정 값은 프랑스 그르노블 근처의 지하 유럽 실험 인 EDELWEISS 실험에서 제공하는 최고의 이전 측정 값보다 4 배 이상 민감합니다.
스탠포드 대학의 CDMS II 공동 대변인 Blas Cabrera는“직경의 두 배, 그에 따른 빛의 4 배에 달하는 새로운 망원경처럼이 향상된 감도를 생각할 것”이라고 말했다. “이제 우리가 이전에 본 것보다 1/4 정도의 밝은 신호를 찾을 수 있습니다. 향후 몇 년 동안 우리는 감도를 20 배 이상 향상시킬 것으로 기대합니다.”
결과는 5 월 3 일과 4 일 덴버에서 열린 미국 물리 학회 회의에서 해리 넬슨과 캘리포니아 샌타 바버라 대학의 대학원생 Joel Sanders와 Case Western의 Gensheng Wang과 Sharmila Kamat에 의해 발표되고 있습니다. 예비 대학.
버클리 캘리포니아 대학교의 Bernard Sadoulet CDMS II 대변인은“우리는 입자 물리학의 표준 모델과 우주 모델이 완전하지 않다는 것을 알고있다. “이 누락 된 작품은 두 퍼즐에 모두 맞는 것 같습니다. 우리는 서로 다른 두 방향에서 같은 모양을보고 있습니다.”
무료로 운반되는 WIMP는 모순되는 연구입니다. 물리학 자들은 양성자 질량의 약 100 배를 기대하지만 그들의 유령 적 성질은 보통의 물질을 통해 흔적을 남기지 못하게합니다. "약하게 상호 작용하는"이라는 용어는 그들이 정상적인 물질과 상호 작용할 때 퇴적 된 에너지의 양을 나타내는 것이 아니라, 매우 드물게 상호 작용한다는 사실을 의미한다. 실제로, 처음 몇 문장을 읽으면 천억 개의 WIMP가 몸을 통해 흐를 수 있습니다.
13 개 기관의 48 명의 과학자와 28 명의 공학, 기술 및 행정 인력이 추가 된 CDMS II는 미국 에너지 국 과학 국, 국립 과학 재단 천문 및 물리 부서 및 회원 기관의 자금으로 운영됩니다. 교육청의 Fermi National Accelerator Laboratory는 CDMS II를위한 프로젝트 관리 기능을 제공합니다.
DOE의 과학실 책임자 인 Raymond L. Orbach 박사는“암흑 물질의 본질은 우주의 형성과 진화에 대한 우리의 이해에 필수적이다. "이 실험은 교육청의 과학실과 국립 과학 재단의 적극적인 협력 없이는 성공할 수 없었습니다."
NSF의 수학 및 물리 과학 조교수 인 마이클 터너 (Michael Turner)는 암흑 물질의 성분을 천체 물리학 및 입자 물리학에서 가장 큰 과제 중 하나로 식별하는 데 대해 설명했습니다.
터너는“암흑 물질은 우리 은하수를 포함하여 우주의 모든 구조를한데 모아 놓았지만 여전히 암흑 물질이 무엇인지 알지 못한다”고 말했다. “가설은 그것이 새로운 형태의 물질이라는 것이다. 만약 그것이 정확하다면, 기본 힘과 입자의 내부 작용에 빛을 비출 것이다. 이 중요한 퍼즐에 대한 해결책을 찾기 위해 CDMS는 현재 팩의 선두에 있으며 감도는 또 다른 20 배입니다.”
우주의 암흑 물질은 초기 우주 구조의 성장에서 오늘날의 은하의 안정성에 이르기까지 모든 우주 규모에 대한 중력 효과를 통해 감지됩니다. 여러 출처의 우주 론적 데이터에 따르면이 보이지 않는 암흑 물질은 우주의 별, 행성 및 기타 물체를 형성하는 일반적인 가시적 물질의 총량의 7 배 이상임을 확인합니다.
카브레라 박사는“어딘가에서 은하계가 형성되어 오늘날까지 함께 유지되며 빛을 방출하거나 흡수하지 못한다”고 말했다. "은하계의 별의 질량은 전체 은하의 질량의 10 %에 불과하기 때문에 별은 커다란 어두운 집의 거실을 장식하는 크리스마스 트리 조명과 같습니다."
물리학 자들은 또한 WIMP가 아직 관찰되지 않은 중립 자라고 불리는 아 원자 입자 일 수 있다고 생각합니다. 이것들은 오늘날의 기본 입자와 힘의 표준 모델을 넘어 흥미로운 새로운 물리학을 소개하는 초대칭 이론의 증거가 될 것입니다.
Supersymmetry는 알려진 모든 입자가 아직 발견되지는 않았지만 보완적인 특성을 가진 supersymmetric 파트너를 가지고 있음을 예측합니다. 그러나, 다수의 초대칭 모델은 중성미자라고 불리는 가장 가벼운 초대칭 입자의 질량이 양성자의 질량의 약 100 배인 것으로 예측합니다.
Case Western Reserve University의 Dan Akerib는“이론 자들은 가장 작은 거리 스케일의 문제를 설명하기 위해 알려진 입자의 소위 '초대칭 파트너'를 모두 생각해 냈습니다. "매우 크고 아주 작은 연결에서이 슈퍼 파트너 중 가장 가벼운 것은 우리가 가장 큰 거리 스케일에서 관찰 한 것을 설명하기위한 퍼즐의 한 조각이 될 수 있습니다."
CDMS II 팀은“지하 천문학”을 수행하고 있으며, 미네소타 주 사우 단에있는 전 철광석에서 지표면 아래로 거의 0.5 마일 떨어진 곳에 입자 탐지기가 있습니다. 지구 표면의 2,341 피트는 우주 광선과 이들이 생성하는 배경 입자를 차단합니다. 검출기는 비슷한 특성을 가진 게르마늄과 실리콘 반도체 결정으로 만들어집니다. 검출기는 절대 영도의 10 분의 1 이내로 냉각되어 분자 운동이 무시할 정도로 차가워집니다. 검출기는 결정 내에서 입자 상호 작용에 의해 생성 된 전하와 진동을 동시에 측정합니다. WIMPS는 같은 양의 진동에 대해 다른 입자보다 더 적은 전하를 방출하여 존재를 알립니다.
Fermilab의 CDMS II 프로젝트 매니저 Dan Bauer는“우리의 검출기는 천문학 자들이 한 색의 빛을 다른 색과 구별 할 수있게하는 필터가 장착 된 망원경처럼 작동합니다. "우리의 경우에만 암흑 물질 WIMPS를 위해 기존 입자를 걸러 내려고합니다."
University of Minnesota의 물리학 자 Earl Peterson은 Fermilab의 긴베이스 라인 중성미자 실험 인 Main Injector Neutrino Oscillation Search의 본거지 인 Soudan Underground Laboratory를 감독합니다.
피터슨은“CDMS II의 새로운 결과에 대해 매우 기쁘고 협력을 축하합니다. “Soudan Laboratory의 시설이 CDMS II의 성공에 기여한 것을 기쁘게 생각합니다. 그리고 저는 Soudan 실험실을 확장하는 데 Fermilab과 미네소타 대학의 연구가 새로운 물리학을 만들어 낸 것을 기쁘게 생각합니다.”
CDSMII가 향후 몇 년 동안 WIMP를 검색함에 따라 우리 우주의 암흑 물질이 발견되거나 광범위한 초대칭 모델이 가능성에서 제외 될 것입니다. 어느 쪽이든, CDMS II 실험은 입자 물리와 우주에 대한 우리의 이해를 증진시키는 데 중요한 역할을 할 것입니다.
CDMS II 협력 기관에는 Brown University, Case Western Reserve University, Fermi National Accelerator Laboratory, Lawrence Berkeley National Laboratory, 국립 표준 기술 연구소, Princeton University, Santa Clara University, Stanford University, California-Berkeley, 캘리포니아 대학교-산타 바바라, 덴버 콜로라도 대학교, 플로리다 대학교 및 미네소타 대학교.
Fermilab은 University Research Research, Inc.와의 계약하에 운영되는 DOE Science of National 실험실입니다.
원본 출처 : Fermilab 뉴스 릴리스
