XENON1T, den mest følsomme detektor på jorden, der søger efter WIMP mørkt stof, frigiver sit første resultat

"Det bedste resultat på mørkt stof indtil nu - og vi er lige startet." Sådan er forskere bag XENON1T, nu det mest følsomme mørke stofeksperiment verden over, kommenterede deres første resultat fra en kort 30-dages løbetur præsenteret i dag for det videnskabelige samfund.

Mørkt stof er en af ​​de grundlæggende bestanddele i universet, fem gange mere rigeligt end almindeligt stof. Flere astronomiske målinger har bekræftet eksistensen af ​​mørkt stof, fører til en verdensomspændende indsats for at observere interaktioner mellem mørkt stof og almindeligt stof i ekstremt følsomme detektorer, som ville bekræfte dets eksistens og kaste lys over dens egenskaber. Imidlertid, disse interaktioner er så svage, at de er undsluppet direkte opdagelse indtil dette tidspunkt, tvinger forskere til at bygge detektorer, der er mere og mere følsomme. XENON -samarbejdet, at med XENON100 -detektoren førte feltet i årevis tidligere, er nu tilbage på frontlinjen med XENON1T -eksperimentet. Resultatet fra en første kort 30-dages løbetur viser, at denne detektor har et nyt rekord lavt radioaktivitetsniveau, mange størrelsesordener under omgivende materialer på Jorden. Med en samlet masse på omkring 3200 kg, XENON1T er den største detektor af denne type, der nogensinde er bygget. Kombinationen af ​​betydeligt øget størrelse med meget lavere baggrund indebærer et fremragende potentiale for mørkt stof i de kommende år.

XENON Collaboration består af 135 forskere fra USA, Tyskland, Italien, Schweiz, Portugal, Frankrig, Holland, Israel, Sverige og De Forenede Arabiske Emirater. Den seneste detektor fra XENON-familien har været i videnskabelig drift på LNGS underjordiske laboratorium siden efteråret 2016. De eneste ting, du ser, når du besøger det underjordiske forsøgssted nu, er en gigantisk cylindrisk metaltank fyldt med ultrarent vand for at afskærme detektoren kl. hans center, og en tre etager høj, gennemsigtig bygning fyldt med udstyr til at holde detektoren kørende.

XENON1T central detektor, et såkaldt flydende xenontidsprojektionskammer (LXeTPC), er ikke synlig. Den sidder i en kryostat i midten af ​​vandtanken, helt nedsænket for at beskytte det mest muligt mod naturlig radioaktivitet i hulen. Kryostaten holder xenon ved en temperatur på -95 ° C uden at fryse det omgivende vand. Bjerget over laboratoriet skærmer yderligere detektoren, forhindrer forstyrrelser ved kosmiske stråler. Men afskærmning mod omverdenen er ikke nok, da alle materialer på Jorden indeholder små spor af naturlig radioaktivitet. Dermed, der blev udvist ekstrem omhu for at finde, vælge og behandle materialerne i detektoren for at opnå det lavest mulige radioaktive indhold. Laura Baudis, professor ved universitetet i Zürich og professor Manfred Lindner fra Max-Planck-instituttet for kernefysik i Heidelberg, understrege, at dette gjorde det muligt for XENON1T at opnå rekordstille stilhed, "som er nødvendig for at lytte efter den meget svage stemme i mørkt stof.

En partikelinteraktion i flydende xenon fører til små lysglimt. Dette er hvad XENON -forskerne registrerer og studerer for at udlede positionen og energien i den interagerende partikel, og om det måske er mørkt stof. Den rumlige information gør det muligt for forskerne at vælge interaktioner, der forekommer i det centrale ton i detektoren.

Den omgivende xenon beskytter yderligere xenon -kernen mod alle materialer, der allerede har små overlevende radioaktive forurenende stoffer. På trods af den korte 30-dages videnskabsløb, følsomheden af ​​XENON1T har allerede overvundet følsomheden for ethvert andet eksperiment på området, sonderende uudforsket område af mørkt stof. "WIMP'er dukkede ikke op ved denne første søgning med XENON1T, men vi forventede dem heller ikke så hurtigt, "siger Elena Aprile, Professor ved Columbia University og talsmand for projektet. "Den bedste nyhed er, at eksperimentet fortsat akkumulerer fremragende data, hvilket giver os mulighed for ganske hurtigt at teste WIMP-hypotesen i et område med masse og tværsnit med normale atomer som aldrig før. En ny fase i løbet for at opdage mørkt stof med ekstremt lave baggrunds massive detektorer på Jorden er lige begyndt med XENON1T. Vi er stolte over at være i spidsen for løbet med denne fantastiske detektor, den første af slagsen. "