حقوق الصورة: Fermilab
مع البيانات الأولى من مرصدهم تحت الأرض في شمال ولاية مينيسوتا ، أطل العلماء في Cryogenic Dark Matter Search بحساسية أكبر من أي وقت مضى في عالم WIMPS المشتبه فيه. إن رؤية الجسيمات الضخمة التي تتفاعل بشكل ضعيف يمكن أن يحل اللغز المزدوج للمادة المظلمة على النطاق الكوني والتناظر الفائق على النطاق دون الذري.
تظهر نتيجة CDMS II ، الموصوفة في ورقة مقدمة إلى رسائل المراجعة الفيزيائية ، يقينًا بنسبة 90 بالمائة أن معدل التفاعل لـ WIMP مع الكتلة 60 GeV يجب أن يكون أقل من 4 × 10-43 سم 2 أو حوالي تفاعل واحد كل 25 يومًا لكل كيلوغرام الجرمانيوم ، المادة الموجودة في كاشف التجربة. تخبر هذه النتيجة الباحثين أكثر مما عرفوه من قبل عن WIMPS ، إذا كانوا موجودين. القياسات من كاشفات CDMS II أكثر حساسية أربع مرات على الأقل من أفضل قياس سابق قدمته تجربة EDELWEISS ، وهي تجربة أوروبية تحت الأرض بالقرب من غرونوبل ، فرنسا.
وقال المتحدث باسم CDMS II بلاس كابريرا من جامعة ستانفورد: "فكر في هذه الحساسية المحسنة مثل التلسكوب الجديد الذي يبلغ قطره ضعفه وبالتالي أربعة أضعاف مجموعة الضوء التي سبقته". "نحن الآن قادرون على البحث عن إشارة لا تزيد عن ربع الإشارة الساطعة التي شاهدناها من قبل. على مدى السنوات القليلة المقبلة ، نتوقع تحسين حساسيتنا بعامل 20 أو أكثر ".
يتم تقديم النتائج في اجتماع أبريل للجمعية الفيزيائية الأمريكية في 3 و 4 مايو في دنفر بواسطة هاري نيلسون وطالب الدراسات العليا جويل ساندرز ، وكلاهما من جامعة كاليفورنيا-سانتا باربرا ، وجينشنغ وانغ وشارميلا كامات من كيس ويسترن الجامعة الاحتياطية.
قال المتحدث باسم CDMS II برنارد سادوليت من جامعة كاليفورنيا في بيركلي: "نحن نعلم أنه لا نموذجنا القياسي لفيزياء الجسيمات ولا نموذجنا للكون مكتمل". "يبدو أن هذه القطعة المفقودة خاصة تناسب كلا اللغز. نحن نرى نفس الشكل من اتجاهين مختلفين ".
WIMPs ، التي لا تحمل أي رسوم ، هي دراسة في التناقضات. بينما يتوقع الفيزيائيون أن يكون لديهم حوالي 100 ضعف كتلة البروتونات ، فإن طبيعتهم الشبحية تسمح لهم بالتسلل عبر المواد العادية تاركة بالكاد أثرًا. لا يشير مصطلح "التفاعل الضعيف" إلى كمية الطاقة المودعة عندما تتفاعل مع المادة الطبيعية ، بل تشير إلى حقيقة أنها تتفاعل بشكل غير منتظم. في الواقع ، قد يكون ما يصل إلى مائة مليار WIMP قد تدفقوا عبر جسمك وأنت تقرأ هذه الجمل القليلة الأولى.
يعمل 48 CDMS II بتمويل من مكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة الأمريكية ، من أقسام الفلك والفيزياء التابعة لمؤسسة العلوم الوطنية ومن المؤسسات الأعضاء ، مع 48 عالمًا من 13 مؤسسة ، بالإضافة إلى 28 موظفًا هندسيًا وفنيًا وإداريًا آخر. يوفر مختبر فيرمي الوطني المعجل التابع لوزارة الطاقة إدارة المشروع لـ CDMS II.
قال الدكتور ريمون أورباخ ، مدير مكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة: "إن طبيعة المادة المظلمة أساسية لفهمنا لتكوين الكون وتطوره". "لم يكن من الممكن أن تنجح هذه التجربة بدون التعاون النشط من مكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة والمؤسسة الوطنية للعلوم".
وصف مايكل تورنر ، مساعد المدير للرياضيات والعلوم الفيزيائية في NSF ، تحديد مكون المادة المظلمة باعتباره أحد التحديات الكبرى في الفيزياء الفلكية وفيزياء الجسيمات.
قال تورنر: "إن المادة المظلمة تجمع بين جميع الهياكل في الكون - بما في ذلك درب التبانة الخاصة بنا - وما زلنا لا نعرف ما تتكون المادة المظلمة". "إن فرضية العمل هي أنها شكل جديد من المادة - إذا كان صحيحًا فسوف يلقي الضوء على العمل الداخلي للقوى والجسيمات الأولية. في متابعة حل هذا اللغز المهم ، أصبحت CDMS الآن على رأس الحزمة ، مع وجود عامل آخر من 20 في الحساسية لم يأت بعد. "
يتم الكشف عن المادة المظلمة في الكون من خلال تأثيرات الجاذبية على جميع المقاييس الكونية ، من نمو البنية في الكون المبكر إلى استقرار المجرات اليوم. تؤكد البيانات الكونية من العديد من المصادر أن هذه المادة المظلمة غير المرئية تبلغ أكثر من سبعة أضعاف كمية المادة المرئية العادية التي تشكل النجوم والكواكب والأشياء الأخرى في الكون.
قال كابريرا: "هناك شيء ما شكل المجرات ويجمعها معًا اليوم ، ولا ينبعث منها الضوء ولا يمتصه". "إن كتلة النجوم في المجرة ليست سوى 10 في المائة من كتلة المجرة بأكملها ، لذا فإن النجوم تشبه أضواء شجرة عيد الميلاد التي تزين غرفة المعيشة في منزل مظلم كبير."
يعتقد الفيزيائيون أيضًا أن WIMPs يمكن أن تكون الجسيمات دون الذرية التي لا يمكن ملاحظتها والتي تسمى محايدون. قد تكون هذه دليلاً على نظرية التناظر الفائق ، حيث تقدم فيزياء جديدة مثيرة للاهتمام تتجاوز النموذج القياسي الحالي للجسيمات والقوى الأساسية.
يتوقع التناظر الفائق أن كل جسيم معروف لديه شريك فائق التناظر مع خصائص تكميلية ، على الرغم من أنه لم يلاحظ أي من هؤلاء الشركاء حتى الآن. ومع ذلك ، فإن العديد من نماذج التناظر الفائق تتنبأ بأن أخف جسيم فائق التناظر ، يسمى المحايدة ، لديه كتلة حوالي 100 مرة من البروتون.
قال دان أكريب من جامعة كيس ويسترن ريزيرف: "توصل المنظرون إلى كل ما يسمى بـ" الشركاء الفائق التناظر "للجسيمات المعروفة لشرح المشكلات على أصغر مقاييس المسافة. "في واحدة من تلك الروابط الرائعة بين الحجم الكبير والصغير جدًا ، يمكن أن يكون الأخف وزنًا من هؤلاء الشركاء الفائقين هو الجزء المفقود من اللغز لتفسير ما نلاحظه على أكبر مقياس للمسافة".
يمارس فريق CDMS II "علم الفلك تحت الأرض" ، حيث توجد أجهزة الكشف عن الجسيمات التي تقع على بعد نصف ميل تقريبًا تحت سطح الأرض في منجم حديد سابق في سودان ، مينيسوتا. تحمي قشرة الأرض التي يبلغ طولها 2341 قدمًا الأشعة الكونية وجزيئات الخلفية التي تنتجها. تتكون الكواشف من بلورات الجرمانيوم والسيليكون ، وأشباه الموصلات ذات الخصائص المماثلة. يتم تبريد الكاشفات حتى عُشر درجة الصفر المطلق ، بحيث تكون باردة جدًا بحيث تصبح الحركة الجزيئية ضئيلة. تقيس الكواشف في نفس الوقت الشحنة والاهتزاز الناتج عن تفاعلات الجسيمات داخل البلورات. سوف WIMPS إشارة إلى وجودها من خلال إطلاق شحنة أقل من الجسيمات الأخرى بنفس المقدار من الاهتزاز.
قال مدير مشروع CDMS II ، دان باور من Fermilab: "تعمل أجهزة الكشف لدينا مثل التلسكوب المجهز بفلاتر تسمح لعلماء الفلك بتمييز لون واحد من الضوء عن لون آخر". "فقط ، في حالتنا ، نحاول تصفية الجسيمات التقليدية لصالح المادة المظلمة WIMPS."
يشرف الفيزيائي إيرل بيترسون من جامعة مينيسوتا على مختبر سودان تحت الأرض ، وهو أيضًا موطن لتجربة نيوترينو طويلة الأساس لفيرميلاب ، وهي حاقن نيوترينو التذبذب الأساسي.
قال بيترسون: "أنا متحمس للنتيجة الجديدة المهمة من CDMS II ، وأهنئ التعاون." "يسعدني أن مرافق مختبر السودان ساهمت في نجاح CDMS II. ويسرني بشكل خاص أن عمل Fermilab وجامعة مينيسوتا في توسيع مختبر السودان قد أدى إلى فيزياء جديدة رائعة. "
بينما يبحث CDSMII عن WIMPs على مدى السنوات القليلة القادمة ، إما سيتم اكتشاف المادة المظلمة لكوننا ، أو سيتم استبعاد مجموعة كبيرة من النماذج فائقة التناظر من الاحتمالية. في كلتا الحالتين ، ستلعب تجربة CDMS II دورًا رئيسيًا في تعزيز فهمنا لفيزياء الجسيمات والكون.
تشمل المؤسسات المتعاونة في CDMS II جامعة براون ، وجامعة Case Western Reserve ، ومختبر Fermi National Accelerator ، ومختبر Lawrence Berkeley الوطني ، والمعاهد الوطنية للمعايير والتكنولوجيا ، وجامعة برينستون ، وجامعة سانتا كلارا ، وجامعة ستانفورد ، وجامعة كاليفورنيا - بيركلي ، و جامعة كاليفورنيا - سانتا باربرا ، وجامعة كولورادو في دنفر ، وجامعة فلوريدا ، وجامعة مينيسوتا.
Fermilab هو مختبر وطني تابع لوزارة الطاقة ، يتم تشغيله بموجب عقد من قبل Universities Research Association، Inc.
المصدر الأصلي: بيان صحفي Fermilab
