천문학 자들은 암흑 물질이 무엇인지 모르지만 우주의 약 25 %를 차지한다는 것을 알고 있습니다. 미네소타의 광산에서 깊은 지하에있는 강력한 탐지기는 미스터리의 바닥에 도달 할 수 있습니다. 극저온 암흑 물질 검색 II 프로젝트는 약하게 상호 작용하는 대규모 입자 (일명 WIMPS)를 탐지하려고 시도합니다. 이 이론적 인 입자는 일반적으로 물질과 상호 작용하지 않지만 가끔 드문 충돌이 감지 될 수 있습니다.
Cabrera는“우리가 볼 수없는 우주의 대부분을 구성하는 물질이 있다는 사실에서 벗어나기가 점점 더 어려워지고 있습니다. "별과 은하 자체는 어둡고 빛을 흡수하거나 방출하지 않는이 거대한 배의 크리스마스 트리 조명과 같습니다."
미네소타의 광산에서 깊은 지하에 묻힌 초저온 암 물질 탐사 II (Cryogenic Dark Matter Search II, CDMS II)라는 Cabrera의 프로젝트가 있습니다. University of California-Berkeley 물리학 자 Bernard Sadoulet은 이러한 노력의 대변인으로 활동하고 있습니다. Fermilab의 Dan Bauer는 프로젝트 관리자이고 Case Western Reserve University의 Dan Akerib는 부 프로젝트 관리자입니다. 13 개 기관의 46 명의 과학자 팀이이 프로젝트에 협력하고 있습니다.
WIMP를 잡으려면
이 실험은 WIMPS (Weakly Interacting Massive Particles)라는 이국적인 입자를 감지하는 데있어 세계에서 가장 민감합니다. 다른 옵션으로는 중성미자, 액시온이라고 불리는 이론화 된 입자, 심지어는 너무 희미한 블랙홀 및 갈색 왜성 같은 정상 물질이 있습니다.
WIMPS는 중립적 인 것으로 생각되며 양성자 질량의 100 배가 넘는 무게입니다. 현재이 기본 입자는 이론상으로 만 존재하며 관찰 된 적이 없습니다. 과학자들은 포착하기가 매우 어려워 아직 찾지 못했다고 생각합니다. WIMPS는 부끄러운 입자가 우리 몸을 통과하는 대부분의 물질과 상호 작용하지 않지만 CDMS II는 프로젝트의 특수 제작 검출기에서 원자와 거의 충돌하지 않도록 잡습니다.
Cabrera는“이러한 입자는 대부분 산란없이 지구를 통과합니다. "우리가 사건을 볼 가능성이있는 유일한 이유는 매우 적은 입자가 [검출기로 들어 와서] 흩어질 수 있기 때문입니다."
검출기는 미네소타 Soudan 광산의 지구 층 아래에 숨겨져있어 검출기와 충돌하여 암흑 물질로 오인 될 수있는 우주 광선 및 기타 입자로부터 보호합니다. 실제로, CDMS II를 연구하는 과학자들에게있어 반투는 WIMPS 이외의 모든 것으로부터 가능한 한 많은기구를 보호하고 암흑 물질과보다 일반적인 입자의 차이를 알려주는 정교한 시스템을 개발하는 것입니다.
스탠포드의 대학원생 인 월터 오그 번 (Walter Ogburn)은“우리의 검출기는 절대 영점보다 5 만분의 1도 위의이 하키 퍽 모양의 물체이다. "추운 것을 만들기가 어렵습니다."
이를 위해 장비는 아이스 박스 (icebox)라고 불리는 캐니스터에 둘러싸여 있으며 외부의 실내 온도에서 내부의 가장 차가운 온도까지 6 층의 단열재가 늘어서 있습니다. 이렇게하면 감지기가 너무 차가워 원자조차도 떨리지 않습니다.
검출기는 고체 실리콘 및 고체 게르마늄 결정으로 만들어집니다. 실리콘 또는 게르마늄 원자는 여전히 완벽한 격자에있다. WIMPS가 충돌하면 포논이라고 불리는 작은 열을 방출합니다. 포논이 검출기 표면으로 올라가면 매우 민감한 텅스텐 층에 변화가 생겨 연구원들이 기록 할 수 있습니다. 검출기의 다른쪽에있는 제 2 회로는 검출기에서 WIMP와 원자의 충돌로부터 방출 될 하전 된 입자 인 이온을 측정한다.
Ogburn은“이 두 채널을 통해 서로 다른 종류의 상호 작용을 구별 할 수 있습니다. "일부는 더 많은 이온화를 만들고 일부는 더 적게 만들어서 차이를 구별 할 수 있습니다."
검출기를 구축하려면 여러 시설의 과학자들이 필요합니다. 이 팀은 외부 회사로부터 결정을 구입하고 Stanford의 통합 시스템 센터 (Center for Integrated Systems)의 연구원들은 검출기 표면에서 측정 기기를 만듭니다. Cabrera 연구소의 또 다른 대학원생 인 Matt Pyle은“우리는 마이크로 프로세서 제작에도 사용하는 것과 동일한 것을 사용합니다.
단서의 덩어리
중성미자라고하는 WIMPS의 하위 집합은 이미 관찰 한 모든 입자의 메이트를 예측하는 이론 인 초대칭으로 예상되는 가장 가벼운 입자입니다. CDMS II가 중성자를 찾는 데 성공하면 이것이 초대칭의 첫 번째 증거가 될 것입니다. Cabrera는“초대칭으로 기존 입자의 파트너 인 입자가 완전히 다른 부문이 있다고 제안합니다. “초 대칭성이 나타날 가능성이 많은 방법이 있습니다. 그러나 일치하는 [초대칭] 입자 쌍에 대한 직접적인 증거는 아직 없습니다.”
WIMPS의 약한 상호 작용은 암흑 물질 입자가 질량을 가지고 중력의 법칙을 준수하더라도 은하와 별과 같이 일반적인 물질과 충돌하지 않는 이유입니다. 덩어리가 되려면 입자가 부서져 서로 붙어 있어야합니다. 그러나 WIMPS는 대부분 서로 바로 날아갑니다. 또한 WIMPS는 중성이기 때문에 원자를 형성하지 않으므로 양으로 하전 된 전자가 음으로 하전 된 전자에 끌리게됩니다.
Cabrera는 다음과 같이 말합니다. "그것은 단지 원자가하는 방식으로 결코 붕괴되지 않았다."
암흑 물질은 별과 다른 친숙한 천체를 형성하지 않았기 때문에 오랫동안 과학자들은 그것이 존재한다는 것을 결코 알지 못했습니다. 최초의 존재는 1930 년대 스위스 계 미국인 천문학 자 프리츠 즈 위키 (Fritz Zwicky)가 은하단을 관측했을 때 발생했다. 그는 은하의 질량을 합산하고 클러스터를 묶기 위해 존재해야하는 중력을 설명하기에 충분한 질량이 없다는 것을 알아 냈습니다. 그는 다른 어떤 것도 잃어버린 덩어리를 제공해야한다고 추론했다.
1970 년대 후반에 미국 천문학 자 베라 루빈 (Vera Rubin)은 은하계와 다른 은하계에서 별의 속도를 측정했습니다. 그녀는이 은하의 가장자리를 더 멀리 바라 보면서 과학자들이 예상 한대로 별이 더 천천히 회전하지 않는 것을 발견했습니다. Cabrera는“이것은 말이되지 않았습니다. "당신이 그것을 이해할 수있는 유일한 방법은 별빛에서 본 것보다 훨씬 더 많은 질량이 있다면"
수년에 걸쳐 암흑 물질에 대한 점점 더 많은 증거가 쌓였습니다. 과학자들은 아직 그것이 무엇인지 모르지만, 그것이 어디에 있고 얼마나 있어야하는지 더 잘 알고 있습니다. Cabrera는“양이 다른 휘 글룸이 거의 남아 있지 않습니다.
"우리는 지금까지 흥미로운 신호처럼 보이는 것을 보지 못했습니다."라고 그는 말합니다. 그러나 CDMS II 연구원들은 계속해서 연구를 진행합니다. 다른 그룹들도 마찬가지입니다. 캘리포니아-로스 앤젤레스 대학교 물리학 자와 영국 암흑 물질 협력자에 의해 수행 된 실험 인 ZEPLIN은 영국 셰필드 근처 광산에서 크세논 액체 통에서 WIMP를 잡는 것을 목표로합니다. 그리고 South Pole에서 IceCube라는 위스콘신-매디슨 대학교 프로젝트는 얼음 깊숙이 묻힌 광학 센서를 사용하여 WIMP 소멸의 상징 인 중성미자, 고 에너지 입자를 찾는 건설 중입니다.
한편 CDMS II는 계속 발전하고 있습니다. 연구원들은 WIMPS를 찾을 가능성을 높이기 위해 더 크고 더 큰 탐지기를 구축하고 있습니다. 앞으로이 팀은 가장 가능성있는 WIMPS 유형 (있을 경우)을 많이 발견 할 수있는 1 톤 감지기를 구축 할 계획입니다. Ogburn은“현재 우리는 이전보다 두 배 이상의 게르마늄 목표량으로 데이터를 수집하고 있으므로 지금 새로운 영역을 탐색하고 있습니다. "하지만 더 많은 내용이 있습니다."
원본 출처 : Stanford News Release
