Tøs

tøs
Deltager i interaktioner Gravitationel [1] , svag
Status Hypotetisk
Vægt Bør være mindst flere titusinder større end protonmassen [2]
Hvem eller hvad er opkaldt efter Svag interaktion , massivitet
kvantetal

WIMP (fra engelsk  WIMP, Weakly Interacting Massive Particle ) er en hypotetisk svagt interagerende massiv partikel . Selvom der ikke er nogen etableret betegnelse for dette begreb i den russisksprogede litteratur, er ordet "wimp" meget brugt i specialisters daglige tale. Wimps er kandidater til rollen som hovedkomponenten i koldt mørkt stof , som udgør omkring en fjerdedel af bidraget til universets samlede tæthed (den observerede baryon- tæthed er 6 gange mindre). Det antages, at af de fire grundlæggende interaktioner deltager WIMP'er kun i de svage og gravitationelle. Derfor er relikvie (født kort efter Big Bang ) WIMP'er meget vanskelige at opdage eksperimentelt. Massen af ​​WIMP'er skal være mindst flere titusinder gange større end massen af ​​en proton [2] . Blandt de mulige kandidater til rollen som WIMP'er betragtes de letteste supersymmetriske partikler ( neutralinos ), som er stabile i de fleste supersymmetriteorier , oftest .

Udtrykket WIMP blev foreslået i 1986 af den amerikanske kosmolog Michael S.  Turner , som også er forfatter til udtrykket "mørkt stof". Dette akronym er forbundet med betydningen af ​​det engelske ord wimp - "bore, weakling" [3] [4] .

Eksperimentelle opdagelsesforsøg

Direkte detektion

WIMPs menes at udgøre en sfærisk glorie i vores galakse ; de skal bevæge sig tilfældigt med en Maxwellsk hastighedsfordeling (gennemsnitshastigheden i området omkring Solen  er omkring 300 km/s ). Hvis spredningstværsnittet af WIMP'er på en atomkerne ikke er for lille, kan de detekteres direkte ved hjælp af nukleare detektorer, der er godt beskyttet mod den eksterne baggrund (især er det nødvendigt at placere detektoren dybt under jorden for at beskytte sig selv mod kosmisk stråling). På grund af detektorens orbitale og daglige bevægelse sammen med Jorden , vil detektorens tællehastighed opleve årlige og daglige variationer; på grund af dette kan det nyttige signal adskilles fra baggrunden. Den maksimale tællehastighed forventes, når projektionen af ​​Jordens kredsløbshastighed på Solens hastighed i forhold til centrum af galaksen (og WIMP-gassen) er maksimal.

DAMA - samarbejdet oplyser [5] , at der i et langtidsforsøg med en detektor bestående af NaI(Tl) -scintillatorer og placeret i det underjordiske laboratorium i Gran Sasso (Italien) blev observeret årlige variationer i tællehastigheden, konsistent i fase med de forventede variationer. Det følger af resultaterne af dette eksperiment, at WIMP'er skal have en masse fra 30 til 100 GeV / s 2 og et elastisk spredningstværsnit for kerner (2-15) ⋅10 −6 pb . Andre samarbejder, der leder efter mørkt stof-partikler, bekræfter ikke eksistensen af ​​sådanne partikler – der er en modsigelse, som fremtidig forskning burde løse (2013).

I december 2009 offentliggjorde CDMS- 2- samarbejdet ( Cryogenic Dark Matter Search )  et papir, der rapporterede registreringen af ​​to hændelser i signalregionen, hvilket kan tolkes som bevis for WIMP-detektion med en sandsynlighed på 77 %, baseret på estimater af forventede signaler fra baggrunden [ 6] [7] . Sandsynligheden for, at disse hændelser forklares med baggrundsstøj [8] er 23 %.

I februar 2010 rapporterede et lille CoGeNT- eksperiment om registrering af flere hundrede hændelser over 56 dage, hvilket tolkes som et muligt signal fra WIMP'er med en masse på 7-11 GeV/c 2 (foreløbig er forskerne forsigtige i deres konklusioner: iflg. dem, skal resultaterne verificeres). [9] [10] [11] CoGeNT  ( Coherent Germanium Neutrino Technology )-detektoren er en silicium - germanium - halvlederskive på størrelse med en hockeypuck og er placeret i en tidligere jernmalmmine i Minnesota i en dybde på omkring 600 meter ( eng.  Soudan Underground Mine State Park , samme som CDMS -detektoren ). [12]

I juni 2011 blev resultaterne af CoGeNT- eksperimentet offentliggjort , fortolket som bekræftelse af sæsonbestemte signalvariationer svarende til dem, der er forudsagt teoretisk og tidligere registreret i det italienske DAMA- eksperiment [13] [14] [15] .

I september 2011 blev resultaterne af anden fase af CRESST- eksperimentet offentliggjort [16] , ved brug af kryogene detektorer bestående af calciumwolframat -enkeltkrystaller . Med en kumulativ eksponering på 730 kg·dage fandt forfatterne 67 hændelser, der matchede den eksperimentelle signatur af rekylkerner. Dette tal overstiger den estimerede forventede baggrund fra eksterne neutroner, gammastråler osv. Hvis signalet tolkes som en manifestation af WIMP-kernekollisioner, så kan det beskrives ved to mulige regioner i parameterrummet: en af ​​dem er koncentreret omkring værdierne af WIMP-massen M = 11,6 GeV/c 2 og tværsnit for elastisk spredning på kernen σ = 3,7⋅10 −5 pb , den anden omkring værdierne M = 25,3 GeV/c 2 og σ = 1,6⋅10 −6 pb .

I april 2013 annoncerede CDMS -samarbejdet , efter at have forfinet dataene opnået tidligere fra anden fase af sit eksperiment med siliciumhalvlederdetektorer, registreringen af ​​mørkt stofpartikler med et konfidensniveau svarende til tre standardafvigelser eller med en sandsynlighed på 99,81 % . Med et forventet støjniveau på 0,7 hændelser lykkedes det os at registrere tre hændelser med energier fra rekylkerner på omkring 10 keV . Den estimerede masse af registrerede WIMP'er er M = 8,6 GeV/c 2 [17] [18] . På samme tid, som forfatterne selv bemærker, er der stadig en modsigelse med dataene fra det mere følsomme XENON-eksperiment, som ikke fandt beviser for eksistensen af ​​WIMP'er med et sådant masse- og spredningstværsnit på kerner, og to andre eksperimenter der ser beviser for tilstedeværelsen af ​​WIMP'er (DAMA og CDMS) observerer signalet i andre områder af parameterrummet, som hverken er kompatible med hinanden eller med CDMS-dataene. Derfor er der ikke noget endeligt svar på, om WIMP'er er blevet registreret eksperimentelt.

I oktober 2013 blev resultaterne af det dengang mest følsomme LUX- eksperiment , udført i South Dakota , offentliggjort . Søgningen blev udført i en lang række mulige WIMP-masser med en top i følsomhed for en masse lig med 33 GeV/c 2 [19] . I 85 dage opdagede forskerne ikke et eneste signal ud af 1600 forventede, og satte dermed de strengeste begrænsninger på de mulige parametre for WIMP'er. Dette resultat var i overensstemmelse med det mindre nøjagtige XENON-eksperiment, men modsigede resultaterne opnået af CoGENT- og CDMS- grupperne [20] [21] .

Indirekte detektion

Der er også forslag vedrørende indirekte påvisning af WIMP'er. De fleste WIMP'er flyver gennem Solen uden at interagere med dens stof, og derfor kan de ikke fanges gravitationelt. Men hvis WIMP forsvinder fra en af ​​kernerne inde i Solen, kan den bremse og forblive i Solens gravitationsfelt. Gradvist akkumulerer WIMP'er i gravitationspotentialebrønden en koncentration nær dens centrum, tilstrækkelig til at begynde at udslette med hinanden. Blandt produkterne af en sådan udslettelse kan være højenergiske neutrinoer , der forlader Solens centrum uden hindring. De kan registreres med en jordbaseret detektor (såsom Super-Kamiokande ). Det er også muligt indirekte at detektere gravitationelt fangede WIMP'er, der tilintetgør i jordens centrum eller i den galaktiske kerne. De fleste af disse forslag er endnu ikke blevet gennemført.

I oktober 2010 annoncerede Dan Hooper fra Fermi National Laboratory og Lisa Goodenough fra University of New York , at de var i stand til at identificere udslettelse af WIMP'er og deres antipartikler i en af ​​galakserne. De analyserede gammastråledataene registreret af Fermi-kredsløbende gammastråleteleskop og konkluderede, at ingen af ​​de andre typer kilder kunne forklare de observerede fakta. Ifølge estimatet givet i papiret bør WIMP-massen være i området 7,3-9,2 GeV/c 2 [22] [23] [24] .

Se også

Litteratur

Links

Eksperimenter

Noter

  1. ↑ Den fantastiske verden inde i atomkernen. Spørgsmål efter foredraget Arkiveret 15. juli 2015 på Wayback Machine , FIAN, 11. september 2007
  2. ↑ 1 2 Igor Sokalsky. Mørkt stof  // Kemi og liv . - 2006. - Nr. 11 .
  3. ↑ Steigman G. , Turner MS Kosmologiske begrænsninger på egenskaberne af svagt interagerende massive partikler  (engelsk)  // Nuclear Physics B. - 1985. - Vol. 253 . - s. 375-386 . — ISSN 0550-3213 . - doi : 10.1016/0550-3213(85)90537-1 .
  4. ↑ Turner MS (2022), The Road to Precision Cosmology, arΧiv : 2201.04741 . 
  5. ↑ Geoff Brumfiel. Italiensk gruppe hævder at se mørkt stof - igen  (engelsk)  // Nature . - 2008. - Bd. 452 . — S. 918 .
  6. ↑ CDMS II-samarbejdet. Mørkt stof søgeresultater fra CDMS II-eksperimentet   // Videnskab . — 2010. ( fuld version Arkiveret 29. maj 2020 på Wayback Machine fra arxiv.org )
  7. ↑ Forskere opdager eksperimentelt mørkt stof partikler for første gang . RIA Novosti (12. februar 2010). Hentet 12. februar 2010. Arkiveret fra originalen 5. februar 2012.
  8. ↑ Scientific American. Mørkt stof-forskere stadig i mørke, mens underjordisk søgning giver usikre resultater, 17/12/2009. . Dato for adgang: 20. december 2009. Arkiveret fra originalen 19. marts 2011.
  9. ↑ Fysikere annoncerede den mulige registrering af lyst mørkt stof , Lenta.ru, 03/01/2010. . Hentet 6. juli 2020. Arkiveret fra originalen 12. juni 2021.
  10. ↑ CE Aalseth et al. (CoGeNT-samarbejde), Resultater fra en søgning efter mørkt stof af lysmasse med en P-type punktkontakt Germanium-detektor Arkiveret 26. juli 2020 på Wayback Machine , arXiv:1002.4703 [astro-ph], 25/2/2010.
  11. ↑ Eric Hand. Et CoGeNT-resultat i jagten på mørkt stof . Naturnyt (26. februar 2010). Arkiveret fra originalen den 5. februar 2012. Bemærk: artiklen vil kun være offentlig tilgængelig i et par dage
  12. ↑ Forskere har fundet nye beviser for eksistensen af ​​mørkt stof Arkivkopi dateret 1. marts 2010 på Wayback Machine // RIA Novosti , 27/02/2010
  13. ↑ CE Aalseth et al. Søg efter en årlig modulering i et P-type punkt Kontakt Germanium Dark Matter Detector   // arxiv.org . – 2011.
  14. ↑ Nye data har stadig forskere i Dark Over Dark Matter  , Science Daily (  8. juni 2011). Arkiveret fra originalen den 10. juni 2011. Hentet 8. juni 2011.
  15. ↑ Nye data kaster ikke lys over mørkt stofs natur , Wikinews  (8. juni 2011). Hentet 8. juni 2011.
  16. ↑ G. Angloher et al. Resultater fra 730 kg dage af CRESST-II Dark Matter-søgningen  (engelsk)  // The European Physical Journal C. - 2011. - Vol. 72 , nr. 4 . — S. 1971 . - doi : 10.1140/epjc/s10052-012-1971-8 . - arXiv : 1109.0702 .
  17. ↑ CDMS-samarbejde. Søgeresultater for mørkt stof ved hjælp af siliciumdetektorerne i CDMS II  . - 2013. - arXiv : 1304.4279 .
  18. ↑ A. Berezin . Detektion af mørkt stof partikler annonceret , Compulenta  (15. april 2013). Arkiveret fra originalen den 17. april 2013. Hentet 17. april 2013.
  19. ↑ Paul Preuss . Første resultater fra LUX , Berkeley National Laboratory  (30. oktober 2013). Arkiveret fra originalen den 31. oktober 2013. Hentet 31. oktober 2013.
  20. ↑ Adrian Cho . Nye eksperimenttorpedoer Letvægts mørkt stofpartikler , Videnskab NU (30. oktober 2013). Arkiveret fra originalen den 1. november 2013. Hentet 31. oktober 2013.
  21. ↑ Eugenie Samuel Reich . Ingen tegn på mørkt stof i underjordisk eksperiment , Nature News (30. oktober 2013). Arkiveret fra originalen den 1. november 2013. Hentet 31. oktober 2013.
  22. ↑ Fysikere "så" spor af mørkt stof i data fra Fermi-teleskopet . RIA Novosti (23. oktober 2010). Hentet 23. oktober 2010. Arkiveret fra originalen 5. februar 2012.
  23. ↑ Fermilab-teoretikeren ser beviser for mørkt stof i offentlige  data . Symmetri Breaking (22. oktober 2010). Hentet 23. oktober 2010. Arkiveret fra originalen 5. februar 2012.
  24. ↑ Dan Hooper, Lisa Goodenough. Udslettelse af mørkt stof i det galaktiske center set af Fermi Gamma Ray-  rumteleskopet  // arxiv.org . – 2010.
  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier