Mes

mes
Deltar i interaktioner Gravitation [1] , svag
Status Hypotetisk
Vikt Bör vara minst flera tiotal gånger större än protonmassan [2]
Vem eller vad är uppkallad efter Svag interaktion , massivitet
kvanttal

WIMP (från engelska  WIMP, Weakly Interacting Massive Particle ) är en hypotetisk svagt interagerande massiv partikel . Även om det inte finns någon etablerad term för detta koncept i den ryskspråkiga litteraturen, används ordet "wimp" i stor utsträckning i specialisternas vardagliga tal. Wimps är kandidater för rollen som huvudkomponenten i kall mörk materia , vilket gör ungefär en fjärdedel av bidraget till universums totala täthet (den observerade baryondensiteten är 6 gånger mindre). Det antas att av de fyra grundläggande interaktionerna deltar WIMP endast i de svaga och gravitationella. Därför är reliker (födda strax efter Big Bang ) WIMPs mycket svåra att upptäcka experimentellt. Massan av WIMPs bör vara åtminstone flera tiotals gånger större än massan av en proton [2] . Bland de möjliga kandidaterna för rollen som WIMPs , betraktas oftast de lättaste supersymmetriska partiklarna ( neutralinos ), som är stabila i de flesta supersymmetriteorier .

Termen WIMP föreslogs 1986 av den amerikanske kosmologen Michael S.  Turner , som också är författare till termen "mörk materia". Denna akronym är förknippad med betydelsen av det engelska ordet wimp - "bore, weakling" [3] [4] .

Experimentella upptäcktsförsök

Direkt detektering

WIMPs tros utgöra en sfärisk gloria i vår galax ; de måste röra sig slumpmässigt , med en Maxwellsk hastighetsfördelning (medelhastigheten i området av Sunen  är omkring 300 km/s ). Om spridningstvärsnittet av WIMPs på en atomkärna inte är för litet, kan de detekteras direkt med hjälp av kärndetektorer som är väl skyddade från den yttre bakgrunden (i synnerhet är det nödvändigt att placera detektorn djupt under jorden för att skydda sig från kosmisk strålning). På grund av detektorns omlopp och dagliga rörelse tillsammans med jorden kommer detektorns räknehastighet att uppleva årliga och dagliga variationer; på grund av detta kan den användbara signalen separeras från bakgrunden. Den maximala räknehastigheten förväntas när projektionen av jordens omloppshastighet på solens hastighet i förhållande till centrum av galaxen (och WIMP-gasen) är maximal.

DAMA- samarbetet anger [5] att i ett långvarigt experiment med en detektor bestående av NaI(Tl) -scintillatorer och placerad i det underjordiska laboratoriet i Gran Sasso (Italien) observerades årliga variationer i räknehastigheten, överensstämmande i fas med de förväntade variationerna. Det följer av resultaten av detta experiment att WIMPs bör ha en massa från 30 till 100 GeV / s 2 och ett elastiskt spridningstvärsnitt för kärnor (2-15) ⋅10 −6 pb . Andra samarbeten som letar efter mörk materia partiklar bekräftar inte existensen av sådana partiklar – det finns en motsägelse som framtida forskning borde lösa (2013).

I december 2009 publicerade CDMS- 2- samarbetet ( Cryogenic Dark Matter Search )  ett dokument som rapporterade registreringen av två händelser i signalregionen, vilket kan tolkas som bevis på WIMP-detektering med en sannolikhet på 77 %, baserat på uppskattningar av förväntade signaler från bakgrunden [ 6] [7] . Sannolikheten att dessa händelser förklaras av bakgrundsljud [8] är 23 %.

I februari 2010 rapporterade ett litet CoGeNT- experiment att flera hundra händelser registrerades under 56 dagar, vilket tolkas som en möjlig signal från WIMPs med en massa på 7-11 GeV/c 2 (för nu är forskarna försiktiga i sina slutsatser: enligt dem måste resultaten verifieras). [9] [10] [11] CoGeNT  -detektorn ( Coherent Germanium Neutrino Technology ) är en kisel - germanium -halvledarskiva lika stor som en hockeypuck och ligger i en före detta järnmalmsgruva i Minnesota på ett djup av cirka 600 meter ( Soudan  Underground Mine State Park , samma som CDMS- detektorn ). [12]

I juni 2011 publicerades resultaten av CoGeNT- experimentet , tolkade som bekräftelse på säsongssignalvariationer liknande de som förutspåtts teoretiskt och som tidigare registrerats i det italienska DAMA- experimentet [13] [14] [15] .

I september 2011 publicerades resultaten av den andra fasen av CRESST- experimentet [16] , med användning av kryogena detektorer bestående av enkristaller av kalciumwolframat . Med en kumulativ exponering på 730 kg·dagar fann författarna 67 händelser som matchade den experimentella signaturen för rekylkärnor. Detta antal överstiger den uppskattade förväntade bakgrunden från externa neutroner, gammastrålar etc. Om signalen tolkas som en manifestation av WIMP-kärnkollisioner, kan den beskrivas av två möjliga regioner i parameterutrymmet: en av dem är koncentrerad kring värdena för WIMP-massan M = 11 ,6 GeV/c 2 och tvärsnitt för elastisk spridning på kärnan σ = 3,7⋅10 −5 pb , den andra runt värdena M = 25,3 GeV/c 2 och σ = 1,6⋅10 −6 pb .

I april 2013 tillkännagav CDMS- samarbetet , efter att ha förfinat de data som erhållits tidigare från den andra fasen av sitt experiment med kiselhalvledardetektorer, registreringen av mörk materia partiklar med en konfidensnivå lika med tre standardavvikelser , eller med en sannolikhet på 99,81 % . Med en förväntad ljudnivå på 0,7 händelser lyckades vi registrera tre händelser med energier av rekylkärnor på cirka 10 keV . Den uppskattade massan av registrerade WIMPs är M = 8,6 GeV/c 2 [17] [18] . Samtidigt, som författarna själva noterar, finns det fortfarande en motsägelse med uppgifterna från det känsligare XENON-experimentet, som inte hittade bevis för förekomsten av WIMPs med en sådan massa och spridningstvärsnitt på kärnor, och två andra experiment som ser bevis på närvaron av WIMP (DAMA och CDMS) observerar signalen i andra områden av parameterutrymmet som varken är kompatibla med varandra eller med CDMS-data. Därför finns det inget slutgiltigt svar på om WIMP har registrerats experimentellt.

I oktober 2013 publicerades resultaten av det då mest känsliga LUX- experimentet , utfört i South Dakota . Sökningen utfördes i ett brett spektrum av möjliga WIMP-massor med en topp i känslighet för en massa lika med 33 GeV/c 2 [19] . Under 85 dagar upptäckte forskarna inte en enda signal av 1600 förväntade, vilket satte de strängaste begränsningarna för de möjliga parametrarna för WIMP. Detta resultat överensstämde med det mindre exakta XENON-experimentet, men motsäger resultaten från CoGENT- och CDMS-grupperna [20] [21] .

Indirekt detektering

Det finns också förslag relaterade till indirekt upptäckt av WIMP. De flesta WIMPs flyger genom solen utan att interagera med dess materia, och därför kan de inte gravitationsfångas. Men om WIMP skingras från en av kärnorna inuti solen kan den sakta ner och stanna kvar i solens gravitationsfält. Gradvis ackumuleras i gravitationspotentialbrunnen , WIMPs skapar en koncentration nära dess centrum, tillräcklig för att börja förinta med varandra. Bland produkterna av sådan förintelse kan finnas högenergineutriner som lämnar solens centrum utan hinder. De kan registreras med en markbaserad detektor (som Super-Kamiokande ). Det är också möjligt att indirekt upptäcka gravitationsfångade WIMPs som förintar i jordens centrum eller i den galaktiska kärnan. De flesta av dessa förslag har ännu inte genomförts.

I oktober 2010 meddelade Dan Hooper från Fermi National Laboratory och Lisa Goodenough från University of New York att de kunde identifiera förintelsen av WIMP och deras antipartiklar i en av galaxerna. De analyserade gammastrålningsdata som registrerats av Fermi omloppsbana gammastrålningsteleskop och drog slutsatsen att ingen av de andra typerna av källor kunde förklara de observerade fakta. Enligt uppskattningen som ges i artikeln bör WIMP-massan ligga i intervallet 7,3–9,2 GeV/c 2 [22] [23] [24] .

Se även

Litteratur

Länkar

Experiment

Anteckningar

  1. ↑ Den fantastiska världen inuti atomkärnan. Frågor efter föreläsningen Arkiverad 15 juli 2015 på Wayback Machine , FIAN, 11 september 2007
  2. ↑ 1 2 Igor Sokalsky. Mörk materia  // Kemi och liv . - 2006. - Nr 11 .
  3. ↑ Steigman G. , Turner MS Kosmologiska begränsningar för egenskaperna hos svagt interagerande massiva partiklar  (engelska)  // 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 grupp säger sig se mörk materia - igen  (engelska)  // Nature . - 2008. - Vol. 452 . — S. 918 .
  6. ↑ CDMS II-samarbetet. Sökresultat för mörk materia från CDMS II-experimentet   // Science . — 2010. ( full version Arkiverad 29 maj 2020 på Wayback Machine från arxiv.org )
  7. ↑ Forskare upptäcker experimentellt mörk materia partiklar för första gången . RIA Novosti (12 februari 2010). Hämtad 12 februari 2010. Arkiverad från originalet 5 februari 2012.
  8. ↑ Scientific American. Dark Matter Forskare fortfarande i mörkret när underjordisk sökning ger osäkra resultat, 2009-12-17. . Datum för åtkomst: 20 december 2009. Arkiverad från originalet den 19 mars 2011.
  9. ↑ Fysiker meddelade möjlig registrering av ljus mörk materia , Lenta.ru, 2010-01-03. . Hämtad 6 juli 2020. Arkiverad från originalet 12 juni 2021.
  10. ↑ CE Aalseth et al. (CoGeNT-samarbete), Results from a Search for Light-Mass Dark Matter with a P-type Point Contact Germanium Detector Arkiverad 26 juli 2020 på Wayback Machine , arXiv:1002.4703 [astro-ph], 2010-02-25.
  11. ↑ Eric Hand. Ett CoGeNT-resultat i jakten på mörk materia . Naturnyheter (26 februari 2010). Arkiverad från originalet den 5 februari 2012. Obs: artikeln kommer bara att vara tillgänglig för allmänheten under några dagar
  12. ↑ Forskare har hittat nya bevis för förekomsten av mörk materia Arkivkopia daterad 1 mars 2010 på Wayback Machine // RIA Novosti , 2010-02-27
  13. ↑ CE Aalseth et al. Sök efter en årlig modulering i en punkt av P-typ Kontakta Germanium Dark Matter Detector   // arxiv.org . — 2011.
  14. ↑ Nya data har fortfarande forskare i mörker över mörk materia  , Science Daily (  8 juni 2011). Arkiverad från originalet den 10 juni 2011. Hämtad 8 juni 2011.
  15. ↑ Nya data kastar inte ljus över mörk materias natur , Wikinews  (8 juni 2011). Hämtad 8 juni 2011.
  16. ↑ G. Angloher et al. Resultat från 730 kg dagar av CRESST-II Dark Matter-sökningen  (engelska)  // 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-samarbete. Sökresultat för mörk materia med hjälp av kiseldetektorerna i CDMS II  . - 2013. - arXiv : 1304.4279 .
  18. ↑ A. Berezin . Detektering av mörk materia partiklar meddelade , Compulenta  (15 april 2013). Arkiverad från originalet den 17 april 2013. Hämtad 17 april 2013.
  19. ↑ Paul Preuss . Första resultaten från LUX , Berkeley National Laboratory  (30 oktober 2013). Arkiverad från originalet den 31 oktober 2013. Hämtad 31 oktober 2013.
  20. ↑ Adrian Cho . Nya experimenttorpeder Lättviktspartiklar av mörk materia , Vetenskap NU (30 oktober 2013). Arkiverad från originalet den 1 november 2013. Hämtad 31 oktober 2013.
  21. ↑ Eugenie Samuel Reich . Inga tecken på mörk materia i underjordiska experiment , Nature News (30 oktober 2013). Arkiverad från originalet den 1 november 2013. Hämtad 31 oktober 2013.
  22. ↑ Fysiker "såg" spår av mörk materia i data från Fermi-teleskopet . RIA Novosti (23 oktober 2010). Hämtad 23 oktober 2010. Arkiverad från originalet 5 februari 2012.
  23. ↑ Fermilab-teoretikern ser bevis på mörk materia i offentliga  data . Symmetry Breaking (22 oktober 2010). Hämtad 23 oktober 2010. Arkiverad från originalet 5 februari 2012.
  24. ↑ Dan Hooper, Lisa Goodenough. Förintelse av mörk materia i det galaktiska centrumet sett av  rymdteleskopet Fermi Gamma Ray  // arxiv.org . — 2010.
  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk