Dünyanın en hassas karanlık madde detektörü XENON üzerinde çalışan fizikçiler, bu gizemli maddenin parçacıklarını potansiyel olarak gösteren bir sinyal yakalayabildiklerini bildirdi.
Araştırma sonuçları Physical Review Letters dergisinde yayınlandı . Derginin aynı sayısı, her biri gözlemlenen sinyallerin doğasını açıklayan hipotezlerin bir değerlendirmesini sağlayan beş uzman grubundan makaleler içermektedir ( madde 1 , madde 2 , madde 3 , madde 4 , madde 5 ).
XENON, İtalya'daki Gran Sasso laboratuvarında uygulanmakta olan karanlık madde çalışmaları için bir araştırma projesidir . Laboratuvarın kendisi, gerekli korumayı sağlamak ve arka plan gürültüsünü azaltmak için derin yeraltında.
Fizikçiler, karanlık madde partiküllerinin veya Zayıf Etkileşen Büyük Partiküllerin (WIMP'ler), ksenonla dolu kapalı bir odada nükleer bozulmaları ve rahatsızlıkları kaydederek tespit edilebileceğine inanıyor. Bu nedenle, XENON1T adlı projenin üçüncü aşamasının kurulumunun ana unsuru, iki ton ağırlığında sıvı radyo arıtılmış ksenon içeren bir tanktır.
Teorik varsayımlara göre, rezervuardaki atomlara çarpan gelen bir karanlık madde parçacığı, rezervuarın üstündeki ve altındaki fotoçoğaltıcılar tarafından ışık patlamaları olarak yakalanan fotonları ve elektronları serbest bırakacaktır.
XENON1T üzerinde 285 olay tespit ettiler.
16 Haziran 2020'de bilim adamları, Standart Model parçacıkları veya arka plan gürültüsü kullanarak açıklayamadıkları gereksiz sinyaller fark ettiler. Genel olarak, bir yıl içinde araştırmacılar, karanlık madde parçacıklarının tezahürünü bekledikleri enerji aralığında XENON1T üzerinde 285 olay tespit ettiler. Ve sadece 232 tanesi yazarlar tarafından arka plan sinyallerine güvenle atfedildi.
Ancak, "fazlalık" sinyallerin geri kalanı WIMP'den geliyormuş gibi görünmüyordu. Bir WIMP darbesinden seken bir atom, hem fotonları hem de elektronları serbest bırakmalıdır ve "fazla" olayların doğası, tanımlanamayan parçacıkların atomların elektronları ile etkileşime girdiğini gösterir.
XENON araştırmacıları üç olası kaynağı analiz etti: Güneş tarafından yayılan parçacıklar; radyoaktif safsızlıkların izleri; ve pısırıklardan farklı davranan karanlık madde bozonları.
Yazarlara göre, potansiyel güneş parçacıkları - nötrinolar ve eksenler teorik olarak XENON1T dedektörüne ulaşabilir ve içinde önemli bir sinyal oluşturabilir. Bununla birlikte, bu nötrinolar için, standart model tarafından tahmin edilenden daha büyük bir manyetik momente sahip olmalıdır. Buna ek olarak, her iki hipotez - standart olmayan nötrinolar ve güneş eksenleri - yıldızların gözlemleriyle çelişiyor: eğer bu parçacıklar XENON1T sinyalini açıklamaya yetecek miktarda Güneş tarafından yayılırsa, diğer yıldızlar tarafından yayılacak ve hızlı soğumalarına neden olacak, ki bu gerçekleşmez.
Yazarlar arka planın etkisini dışlamazlar. Bunu bastırmak için eşi görülmemiş çabalara rağmen, bazı zayıf istenmeyen radyoaktivite kalır. Fizikçiler, ksenon, kripton, iyot ve kurşunun izotoplarından gelen bazı arka plan sinyallerini bağımsız ölçümler kullanarak ölçebilirler. Trityum gibi başkalarının katkıları tam olarak anlaşılmamıştır. Yazarlar, dedektörün kilogram ksenon başına yalnızca üç trityum atomu içeriyorsa, trityum beta bozunumunun tek başına sinyali açıklayabileceğini belirtiyorlar.
Ancak araştırmacılara göre en ilgi çekici senaryo, WIMP dışındaki karanlık madde parçacıklarının varlığıdır. Birincisi, sinyal, öncelikle ksenon atomlarının elektronlarıyla çarpışan parçacıklardan geliyor gibi görünüyor. İkincisi, bu etkileşimlerin her biri atoma birkaç kiloelektronvolt enerji aktarır.
Bu durumda çarpışma enerjisi, karanlık madde parçacığının kütlesine karşılık gelmelidir. Bu rol için her biri yaklaşık iki keV kütlesine sahip iki aday vardır - güneşten daha ağır bir aks; ve karanlık foton, madde ile çok daha zayıf etkileşimleri olan sıradan fotonların daha büyük bir kuzenidir.
XENON işbirliğinin bilim adamlarına göre, karanlık fotonlar sıradan fotonlardan 10-30 kat daha az emilirse, etkileşimleri dedektördeki sinyali açıklayabilir.
