Неизвестный сигнал с Андромеды -«там есть что-то, что мы пока не можем почувствовать «

«Эта идея о том, что там есть что-то, что мы пока не можем почувствовать, — одна из тех вещей, которые вызывают озноб у меня по спине», — сказал Гарри Нельсон, профессор физики Калифорнийского университета в Санта-Барбаре.

«Природа застенчива», — сказал Энектали Фигероа-Фелисиано, адъюнкт-профессор физики Института астрофизики и космических исследований MIT Kavli, который работает над одним из трех экспериментов по поиску темной материи, которые продолжаются по сей день в 2018 году. «Есть кое-что, чего мы просто не понимаем во внутренней структуре того, как устроена Вселенная. Когда теоретики записывают все способы взаимодействия темной материи с нашими частицами, они обнаруживают, что для простейших моделей мы уже должны были это увидеть. Так что, хотя мы его еще не нашли, там есть сообщение, которое мы сейчас пытаемся расшифровать.»

«Мы все ищем, и где-то, может быть, даже сейчас, есть немного данных, которые заставят кого-то иметь » Ах-ха!- минуточку, — сказал Нельсон, научный руководитель проекта «люкс апгрейд», называемого «люкс-ЦЕПЛИН». Ученые уже давно знают, что темная материя находится там, безмолвно управляя движением и структурой Вселенной. Но из чего именно состоит темная материя? А как выглядит частица темной материи? Это остается загадкой, эксперимент за экспериментом приходят с пустыми руками в поисках, чтобы обнаружить эти неуловимые частицы.

С десятикратной чувствительностью предыдущих детекторов, три эксперимента с темной материей заставили ученых скрестить пальцы, чтобы они могли наконец увидеть эти долгожданные частицы. В прошлых беседах с Фондом Кавли ученые, работающие над этими новыми экспериментами, выражали надежду, что они поймают темную материю, но также согласились, что в конечном итоге их успех или неудача зависит от природы.

Во время изучения данных, собранных космическим аппаратом XMM-Newton Европейского космического агентства, группа исследователей наблюдала странный всплеск рентгеновского излучения, исходящего от двух различных небесных объектов-галактики Андромеды (ядро ниже) и скопления галактик Персея, показанного в верхней части страницы, которое не соответствует ни одной известной частице или атому и, таким образом, может быть произведено темной материей. На изображении выше показано рентгеновское излучение из ядра скопления Персея (красным цветом), наблюдаемое рентгеновской обсерваторией Чандры; радиоизлучение из центральной сверхмассивной черной дыры показано синим цветом.

» Распределение сигнала в пределах галактики точно соответствует тому, что мы ожидали с темной материей — то есть концентрируется и интенсивно в центре объектов и слабее и диффузно по краям»,-сказал соавтор исследования Олег Ручайский из Политехнической школы Лозанны (EPFL).

Первый из экспериментов, названный экспериментом темной материи Аксиона, ищет теоретический тип частицы темной материи, названной аксионом. ADMX ищет доказательства того, что эта чрезвычайно легкая частица превращается в фотон в высоком магнитном поле эксперимента. Медленно изменяя магнитное поле, детектор охотится за одной аксионной массой за раз.

«Мы продемонстрировали, что у нас есть инструменты, необходимые для того, чтобы увидеть аксионы»,-сказал Грей Рыбка, доцент-исследователь физики в Университете Вашингтона, который возглавляет эксперимент ADMX Gen 2. «С Gen2 мы покупаем очень, очень мощный холодильник, который прибудет очень скоро. Как только он прибудет, мы сможем сканировать очень, очень быстро, и мы чувствуем, что у нас будет гораздо больше шансов найти аксионы, если они есть.»

«Мы продемонстрировали, что у нас есть инструменты, необходимые для того, чтобы увидеть аксионы»,-сказал Грей Рыбка, доцент-исследователь физики в Университете Вашингтона, который возглавляет эксперимент ADMX Gen 2. «С Gen2 мы покупаем очень, очень мощный холодильник, который прибудет очень скоро. Как только он прибудет, мы сможем сканировать очень, очень быстро, и мы чувствуем, что у нас будет гораздо больше шансов найти аксионы, если они есть.»

Новые результаты, полученные в апреле этого года ADMX из Вашингтонского университета, показывают, что теперь он достаточно хорошо настроен для обнаружения аксионов, теоретической частицы с низкой массой, которая, по мнению многих физиков, может объяснять темную материю.

ADMX старше 20 лет и впервые появился в сети в Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора в 1995 году. В 2010 году он был переведен в Университет Вашингтона, где с тех пор он находится в процессе модернизации. » Этот эксперимент предвещает новую эру сверхчувствительных зондов низкой массы аксионической темной материи», — пишут исследователи в статье.

В ADMX-это технически известный как haloscope Аксион, который Рыбка приравнено к большой радиоприемник.

«Если вы думаете о радио AM, это именно так», — сказал Рыбка в заявлении. «Мы построили радио, которое ищет радиостанцию, но не знаем ее частоты. Мы медленно поворачиваем ручку, прислушиваясь. В идеале мы услышим тон, когда частота будет правильной.»

Два других новых эксперимента ищут другой тип теоретической темной материи, называемый слабаком. Сокращенно от слабо взаимодействующей массивной частицы, слабак взаимодействует с нашим миром очень слабо и очень редко. Большой подземный Ксенон, или люкс, эксперимент, начатый в 2009 году, получил обновление, чтобы увеличить его чувствительность к более тяжелым слабакам. Эксперимент представляет собой камеру временной проекции жидкого ксенона массой 370 кг, которая направлена на непосредственное обнаружение галактической темной материи в подземной лаборатории в 1 миле под землей, в Черных холмах Южной Дакоты.

Между тем, Super Cryogenic Dark Matter Search collaboration,которая искала сигнал легкого слабака, проходящего через свой детектор с 2013 года, завершила разработку проекта для эксперимента, расположенного в Канаде.

Сотрудничество в области сверхвысоких температур положило начало использованию низкотемпературных твердотельных детекторов для поиска редких рассеивающих частиц темной материи с атомными ядрами. Эта технология обеспечивает превосходное отклонение фона, детальную информацию о каждом взаимодействии и очень низкие энергетические пороги, что позволяет получить беспрецедентную чувствительность, особенно к частицам темной материи с малыми массами.

Эксперимент следующего поколения (G2) SuperCDMS будет работать в самой глубокой подземной лаборатории в Северной Америке, SNOLAB, чтобы обеспечить защиту от частиц космических лучей высокой энергии. Он будет включать в себя криогенную систему, предназначенную для поддержания детекторов при температурах в пределах доли градуса выше абсолютного нуля, и специальные чистые защитные материалы для исключения радиоактивного фона из окружающей среды.

эксперимент SuperCDMS SNOLAB, который начнет работу в начале 2020-х годов, чтобы охотиться за гипотетическими частицами темной материи, называемыми слабо взаимодействующими массивными частицами или слабаками. Эксперимент будет по крайней мере в 50 раз более чувствительным, чем его предшественник, исследуя свойства WIMP, которые не могут быть исследованы другими экспериментами, и давая исследователям мощный новый инструмент для понимания одной из самых больших тайн современной физики.

«В некотором смысле это похоже на поиски золота»,-сказал Фигероа-Фелисиано, участник эксперимента SuperCDMS. — У Гарри есть сковородка, и он ищет золото в глубоком пруду, а мы ищем в чуть более мелком пруду, а Грей немного выше по течению, ищет в своем собственном месте. Мы не знаем, кто найдет золото, потому что не знаем, где оно находится.»

Рыбка согласился, но добавил более оптимистичную перспективу, что также возможно, что все три эксперимента могут найти темную материю. «Нет ничего, что потребовало бы, чтобы темная материя была сделана только из одного типа частиц, кроме нас, надеющихся, что это так просто», — сказал он. — Темная материя может быть на треть аксионами, на треть тяжелыми слабаками и на треть легкими слабаками. Это было бы вполне допустимо из всего, что мы видели.»

Тем не менее, самородок золота, который искали все три эксперимента, все еще не обнаружен три года спустя на момент написания этой книги. И хотя поиск затруднен, все трое ученых согласились, что он стоит того, потому что проблеск темной материи откроет понимание большой темной части Вселенной. После десятилетий исследований темная материя и темная энергия остаются неуловимыми. Не пора ли признать, что космология опутана смутно понимаемыми силами?

The Daily Galaxy via kavlifoundation.org и симметрия

Топ-10 космических и научных заголовков 2018 года

https://dailygalaxy.com/2018/09/unknown-signal-from-the-cosmos-theres-something-out-there-that-we-cant-sense-yet/

Ссылка на основную публикацию