أعلن فريق تجربة LUX-ZEPLIN (LZ) اليوم نتائج حملته العلمية الأولى ؛ التجربة هي أكثر أجهزة الكشف عن المادة المظلمة حساسية في العالم ، وعلى الرغم من عدم وجود مادة مظلمة في هذه الجولة الأولى ، أكد الفريق أن التجربة تعمل بالشكل المتوقع.
يتكون كاشف تجربة LZ من خزانات متداخلة من الزينون السائل ، بارتفاع 1.5 متر وعرض 1.5 متر ، مدفونة تحت داكوتا. الفكرة هي أن جسيم المادة المظلمة الذي يمر عبر الفضاء سيرتد في النهاية عن إحدى ذرات الزينون ، ويسقط الإلكترونات في ومضة سجلتها التجربة. تم دفن الخزان على بعد حوالي ميل واحد تحت سطح الأرض لتقليل كمية ضوضاء الخلفية. يأتي إعلان اليوم بعد 60 يومًا من جمع البيانات الحية في الفترة من 25 ديسمبر إلى 12 مايو.
“نحن نبحث عن ارتدادات طاقة منخفضة جدًا جدًا وفقًا لمعايير فيزياء الجسيمات. قال هيو ليبينكوت ، الفيزيائي في جامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا وعضو فريق LZ ، في مؤتمر صحفي اليوم ، إنها عملية نادرة جدًا جدًا ، إذا كانت مرئية على الإطلاق. “يمكنك إطلاق جسيم المادة المظلمة خلال 10 ملايين سنة ضوئية من الرصاص وتوقع تفاعل واحد في نهاية تلك السنة الضوئية.”
المادة المظلمة هي المصطلح العام للمادة المجهولة التي يبدو أنها تشكل حوالي 27٪ من الكون. يكاد لا يتفاعل أبدًا مع المادة العادية ، ومن هنا “ظلمة” بالنسبة لنا. لكننا نعلم أنه موجود لأنه ، على الرغم من أنه لم يتم اكتشافه بشكل مباشر مطلقًا ، إلا أن له تأثيرات جاذبية يمكن ملاحظتها على نطاق كوني. (تفكك ناسا المفهوم جيدًا هنا.)
هناك العديد من المرشحين للمادة المظلمة. أحدهما هو WIMP ، أو الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل. على عكس الآخرين فرضيات المادة المظلمة مثل الأكسيونات أو الفوتونات المظلمة، وهي صغيرة جدًا ومنتشرة لدرجة أنها يمكن أن تتصرف مثل الموجات ، فإن WIMPs سيكون لها كتلة ولكنها لا تتفاعل أبدًا مع المادة العادية. لذا لكشفها تحتاج إلى جهاز يقطع إلى حد كبير جميع الفيزياء الأخرى الجارية.
LZ حساس للغاية ، مما يجعله مثاليًا لاكتشاف تلك التفاعلات العابرة وغير المتكررة. التجربة أكبر 30 مرة وأكثر حساسية 100 مرة من سابقتها ، تجربة Xenon الكبيرة تحت الأرض ، وفقًا لمرفق أبحاث سانفورد تحت الأرض. إطلاق سراح. قال ليبينكوت إن LZ هو “بصل فعال” ، مع عزل كل طبقة من التجربة ضد الضوضاء التي يمكن أن تخفي تفاعلًا محتملاً مع WIMP.
قال آرون ماناليساي ، عالم فيزياء مختبر بيركلي وعضو فريق LZ ، في مختبر بيركلي: “لقد نجح التعاون في معايرة وفهم استجابة الكاشف”. بيان صحفي. “نظرًا لأننا قمنا بتنشيطه منذ بضعة أشهر وأثناء قيود COVID ، فمن المثير للإعجاب أن لدينا بالفعل مثل هذه النتائج المهمة.”
من بين العديد من الاكتشافات التي أجرتها تجربة LZ خلال 60 يومًا ، بدا 335 واعدًا ، لكن لم يتبين أن أيًا منها هو WIMPs. هذا لا يعني عدم وجود WIMPs ، لكنه يقضي على مجموعة كبيرة من الخلاف. (هذا هو جوهر ما تفعله كواشف المادة المظلمة: شيئًا فشيئًا ، يزيلون ما يحشر الجسيمات لا يمكن يكون.) أخبر العديد من الفيزيائيين مؤخرًا موقع Gizmodo يعتقدون أن الاكتشاف الكبير التالي في فيزياء الجسيمات سيأتي من كاشف المادة المظلمة مثل LZ.
أطلق هذا السباق العلمي ما يجب أن يكون تقويمًا لمدة 1000 يوم. تم افتتاح الدورة الأخيرة أيضًا ، لذلك تمكن فريق LZ من مراقبة سلوك التكنولوجيا. بما أنها عملت بالشكل المتوقع ، فإن الحملة العلمية القادمة ستشهد نتائجها “مالحة” ، أو مبعثرة بإشارات خاطئة ، من أجل تقليل التحيز.
سيتم جمع بيانات أكثر بعشرين مرة في السنوات القادمة ، لذلك ربما يتعين على الجبناء في النهاية مواجهة موسيقى وجودهم. ثم مرة أخرى ، ربما لم يكونوا موجودين على الإطلاق. لن نعرف حتى ننظر.
زائد: بعد 10 سنوات من بوزون هيغز ، ما هو الشيء الكبير التالي للفيزياء؟
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”