डार्क मैटर भूमिगत के लिए जांच

छवि क्रेडिट: फर्मीलाब
उत्तरी मिनेसोटा में उनके भूमिगत वेधशाला के पहले डेटा के साथ, क्रायोजेनिक डार्क मैटर खोज के वैज्ञानिकों ने WIMPS के संदिग्ध दायरे में पहले से कहीं अधिक संवेदनशीलता के साथ सहानुभूति दिखाई है। कमजोर अंतःक्रियात्मक द्रव्य कणों को देखने से ब्रह्मांडीय पैमाने पर और उप-परमाणु पैमाने पर सुपरसिमेट्री पर काले पदार्थ के दोहरे रहस्य को हल किया जा सकता है।

CDMS II परिणाम, फिजिकल रिव्यू लेटर्स को सौंपे गए एक पेपर में वर्णित है, 90 प्रतिशत निश्चितता के साथ दिखाता है कि बड़े 60 GeV वाले WIMP की इंटरेक्शन दर 4 x 10-43 cm2 से कम या प्रति किलोग्राम 25 दिनों में लगभग एक इंटरेक्शन होनी चाहिए। प्रयोग के डिटेक्टर में सामग्री, जर्मेनियम की। यह परिणाम शोधकर्ताओं को बताता है कि वे कभी भी WIMPS के बारे में पहले से जानते हैं, अगर वे मौजूद हैं। सीडीएमएस II डिटेक्टरों से मापें EDELWEISS प्रयोग, ग्रेनोबल, फ्रांस के पास एक भूमिगत यूरोपीय प्रयोग द्वारा प्रस्तुत सर्वोत्तम माप की तुलना में कम से कम चार गुना अधिक संवेदनशील हैं।

स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय के सीडीओस द्वितीय कोस्पोकेर ब्लास कैबरेरा ने कहा, "दो बार व्यास के साथ एक नई दूरबीन की तरह संवेदनशीलता में सुधार और इस से पहले आए किसी भी चार बार के प्रकाश संग्रह के बारे में सोचें।" “अब हम एक ऐसे संकेत की तलाश में हैं जो पहले के मुकाबले सिर्फ एक-चौथाई उज्ज्वल है जैसा हमने देखा है। अगले कुछ वर्षों में, हम 20 या अधिक के कारक द्वारा अपनी संवेदनशीलता में सुधार करने की उम्मीद करते हैं। ”

परिणाम अमेरिकी भौतिक सोसायटी की 3 मई और 4 मई को डेनवर में हैरी नेल्सन और स्नातक छात्र जोएल सैंडर्स, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय-सांता बारबरा, और केस वेस्टर्न के जेनशेंग वांग और शर्मेन कामत द्वारा अप्रैल में आयोजित किए जा रहे हैं। रिजर्व यूनिवर्सिटी।

"हम जानते हैं कि न तो हमारे कण भौतिकी के मानक मॉडल और न ही हमारे ब्रह्मांड का मॉडल पूरा है," बर्कले में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के सीडीएमएस II के प्रवक्ता बर्नार्ड सदोलेट ने कहा। “यह विशेष रूप से लापता टुकड़ा दोनों पहेलियाँ फिट करने के लिए लगता है। हम दो अलग-अलग दिशाओं से समान आकृति देख रहे हैं।

WIMPs, जो कोई शुल्क नहीं लेते हैं, विरोधाभासों में एक अध्ययन है। जबकि भौतिक विज्ञानी उन्हें प्रोटॉन के द्रव्यमान का लगभग 100 गुना होने की उम्मीद करते हैं, उनकी भूतिया प्रकृति उन्हें मुश्किल से एक ट्रेस छोड़ने वाले सामान्य मामले के माध्यम से फिसलने की अनुमति देती है। शब्द "कमजोर रूप से परस्पर क्रिया" से तात्पर्य उस ऊर्जा की मात्रा से नहीं है, जब वे सामान्य पदार्थ के साथ परस्पर क्रिया करती हैं, बल्कि इस तथ्य के साथ कि वे अत्यंत अपरिहार्य रूप से परस्पर क्रिया करती हैं। वास्तव में, जब तक आप इन पहले कुछ वाक्यों को पढ़ लेते हैं, तब तक आपके शरीर में सौ बिलियन WIMP हो सकते हैं।

13 संस्थानों के 48 वैज्ञानिकों के साथ, एक अन्य 28 इंजीनियरिंग, तकनीकी और प्रशासनिक कर्मचारी, CDMS II, अमेरिकी विज्ञान विभाग के कार्यालय से, राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन के खगोल विज्ञान और भौतिकी प्रभागों और सदस्य संस्थानों से धन के साथ संचालित होता है। डीओई की फर्मी राष्ट्रीय त्वरक प्रयोगशाला सीडीएमएस II के लिए परियोजना प्रबंधन प्रदान करती है।

"डार्क मैटर की प्रकृति ब्रह्मांड के निर्माण और विकास की हमारी समझ के लिए मूलभूत है," डीओई के विज्ञान कार्यालय के निदेशक डॉ। रेमंड एल। ओरबैच ने कहा। "यह प्रयोग डीओई के विज्ञान कार्यालय और राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन के सक्रिय सहयोग के बिना सफल नहीं हो सकता था।"

माइकल टर्नर, एनएसएफ में गणित और भौतिक विज्ञान के सहायक निदेशक, ने डार्क मैटर के घटक को खगोल भौतिकी और कण भौतिकी दोनों में बड़ी चुनौतियों में से एक के रूप में पहचानने का वर्णन किया।

टर्नर ने कहा, "डार्क मैटर ब्रह्मांड में सभी संरचनाओं को एक साथ रखता है-जिसमें हमारा मिल्की वे भी शामिल है और हम अभी भी नहीं जानते कि डार्क मैटर किस चीज से बना है।" “काम की परिकल्पना यह है कि यह पदार्थ का एक नया रूप है-जो, यदि सही हो तो प्राथमिक बलों और कणों के आंतरिक कामकाज पर प्रकाश डाला जाएगा। इस महत्वपूर्ण पहेली के हल को आगे बढ़ाने में, CDMS अब पैक के शीर्ष पर है, संवेदनशीलता में 20 के एक और कारक के साथ अभी भी आना बाकी है। ”

ब्रह्मांड में डार्क मैटर का पता आज के ब्रह्मांड में संरचना के विकास से लेकर आकाशगंगाओं की स्थिरता तक, सभी लौकिक पैमानों पर इसके गुरुत्वाकर्षण प्रभावों के माध्यम से लगाया जाता है। कई स्रोतों से ब्रह्माण्ड संबंधी डेटा इस बात की पुष्टि करते हैं कि यह अनदेखी डार्क मैटर ब्रह्मांड में सितारों, ग्रहों और अन्य वस्तुओं को बनाने वाले साधारण दृश्यमान पदार्थ की मात्रा से सात गुना अधिक है।

"कुछ बाहर आकाशगंगाओं का गठन किया और आज उन्हें एक साथ रखता है, और यह न तो उत्सर्जित करता है और न ही प्रकाश को अवशोषित करता है," कैबरेरा ने कहा। "एक आकाशगंगा में तारों का द्रव्यमान पूरी आकाशगंगा के द्रव्यमान का केवल 10 प्रतिशत है, इसलिए ये तारे क्रिसमस ट्री की रोशनी की तरह हैं जो एक बड़े अंधेरे घर के लिविंग रूम को सजाते हैं।"

भौतिकविदों का यह भी मानना ​​है कि WIMPs न्यूट्रिनो के रूप में अभी तक अप्रमाणित उप-परमाणु कण हो सकते हैं। ये मूलभूत कणों और बलों के मानक मॉडल से परे पेचीदा नई भौतिकी को पेश करते हुए सुपरसमिति के सिद्धांत के प्रमाण होंगे।

सुपरसिममेट्री की भविष्यवाणी है कि प्रत्येक ज्ञात कण का पूरक गुणों के साथ एक सुपरसिमेट्रिक भागीदार है, हालांकि इनमें से कोई भी साथी अभी तक नहीं देखा गया है। हालांकि, सुपरसिमेट्री के कई मॉडल भविष्यवाणी करते हैं कि सबसे हल्का सुपरसिमेट्रिक कण, जिसे न्यूट्रिनो कहा जाता है, में प्रोटॉन के लगभग 100 गुना बड़े पैमाने पर होता है।

केस वेस्टर्न रिज़र्व यूनिवर्सिटी के डान अकीब ने कहा, "सिद्धांतवादी इन सबसे तथाकथित ym सुपरसिमेट्रिक पार्टनर्स 'के साथ सबसे अधिक दूरी तय करने के लिए आए थे। "बहुत बड़े और बहुत छोटे के उन आकर्षक कनेक्शनों में से एक में, इन सुपरपॉइंटर्स में से सबसे हल्का सबसे बड़ा दूरी के तराजू पर जो हम देखते हैं, उसे समझाने के लिए पहेली का लापता टुकड़ा हो सकता है।"

CDMS II टीम "भूमिगत खगोल विज्ञान" का अभ्यास करती है, कण डिटेक्टरों के साथ सौडान, मिनेसोटा में एक पूर्व लौह खदान में पृथ्वी की सतह से लगभग आधा मील नीचे स्थित है। पृथ्वी की पपड़ी के 2,341 फीट से कॉस्मिक किरणें और उनके द्वारा उत्पादित पृष्ठभूमि कण निकलते हैं। डिटेक्टर जर्मेनियम और सिलिकॉन से बने होते हैं, अर्धचालक क्रिस्टल समान गुणों के साथ। डिटेक्टरों को शून्य के एक डिग्री के दसवें हिस्से के लिए ठंडा किया जाता है, इतना ठंडा कि आणविक गति नगण्य हो जाती है। डिटेक्टर एक साथ क्रिस्टल के भीतर कण इंटरैक्शन द्वारा उत्पादित चार्ज और कंपन को मापते हैं। WIMPS कंपन की समान मात्रा के लिए अन्य कणों की तुलना में कम चार्ज जारी करके उनकी उपस्थिति का संकेत देगा।

"हमारे डिटेक्टर फिल्टर से लैस एक टेलीस्कोप की तरह काम करते हैं जो खगोलविदों को प्रकाश के एक रंग को दूसरे से अलग करने की अनुमति देते हैं," सीडीएमएस II के परियोजना प्रबंधक डैन बाउर ने फर्मिलैब से कहा। "केवल, हमारे मामले में, हम डार्क मैटल WIMPS के पक्ष में पारंपरिक कणों को छानने की कोशिश कर रहे हैं।"

यूनिवर्सिटी मिनेसोटा के भौतिकविद अर्ल पीटरसन सौदान अंडरग्राउंड प्रयोगशाला की देखरेख करते हैं, जो फ़र्मिलाब के लंबे-बेसलाइन न्यूट्रिनो प्रयोग, मुख्य इंजेक्टर न्यूट्रिनो ऑस्किलेशन सर्च का भी घर है।

"मैं सीडीएमएस II से महत्वपूर्ण नए परिणाम के बारे में उत्साहित हूं, और मैं सहयोग को बधाई देता हूं," पीटरसन ने कहा। “मुझे खुशी है कि सौदान प्रयोगशाला की सुविधाओं ने सीडीएमएस II की सफलता में योगदान दिया। और मुझे विशेष रूप से प्रसन्नता है कि सौदान प्रयोगशाला के विस्तार में फ़र्मिलाब और मिनेसोटा विश्वविद्यालय के काम का परिणाम शानदार नई भौतिकी में हुआ है। "

जैसा कि CDSMII अगले कुछ वर्षों में WIMP के लिए खोज करता है, या तो हमारे ब्रह्मांड के काले पदार्थ की खोज की जाएगी, या सुपरसिमेट्रिक मॉडल की एक बड़ी श्रृंखला को संभावना से बाहर रखा जाएगा। किसी भी तरह से, CDMS II प्रयोग कण भौतिकी और ब्रह्मांड की हमारी समझ को आगे बढ़ाने में एक प्रमुख भूमिका निभाएगा।

CDMS II सहयोगी संस्थानों में ब्राउन यूनिवर्सिटी, केस वेस्टर्न रिज़र्व यूनिवर्सिटी, फर्मी नेशनल एक्सेलेरेटर लेबोरेटरी, लॉरेंस बर्कले नेशनल लेबोरेटरी, नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड्स एंड टेक्नोलॉजी, प्रिंसटन यूनिवर्सिटी, सांता क्लारा यूनिवर्सिटी, स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी, यूनिवर्सिटी ऑफ कैलिफोर्निया-बर्कले, शामिल हैं। कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय-सांता बारबरा, डेनवर में कोलोराडो विश्वविद्यालय, फ्लोरिडा विश्वविद्यालय और मिनेसोटा विश्वविद्यालय।

फर्मिलैब यूनिवर्सिटी रिसर्च एसोसिएशन, इंक द्वारा अनुबंध के तहत संचालित विज्ञान राष्ट्रीय प्रयोगशाला का एक डो कार्यालय है।

मूल स्रोत: फ़र्मिलाब न्यूज़ रिलीज़