En stille søgen efter mørkt stof

Resultater fra det første løb tyder på, at XENON1T er den mest følsomme detektor for mørkt stof på Jorden. Detektorens følsomhed - en underjordisk vagtpost, der venter på en kollision, der ville bekræfte en hypotese - stammer fra både dens størrelse og dens "stilhed". Beskyttet af sten og vand, og renset med et sofistikeret system, detektoren demonstrerede et nyt rekord lavt radioaktivitetsniveau, mange størrelsesordener under omgivende materiale på Jorden.

"Vi ser data af meget god kvalitet fra denne detektor, som fortæller os, at det kører perfekt, "sagde Ethan Brown, et XENON1T -samarbejdsmedlem, og adjunkt i fysik, anvendt fysik, og astronomi ved Rensselaer Polytechnic Institute.

Mørkt stof er teoretiseret som en af ​​de grundlæggende bestanddele i universet, fem gange mere rigeligt end almindeligt stof. Men fordi det ikke kan ses og sjældent interagerer med almindeligt stof, dens eksistens er aldrig blevet bekræftet. Flere astronomiske målinger har bekræftet eksistensen af ​​mørkt stof, hvilket fører til en verdensomspændende indsats for direkte at observere interaktioner mellem mørkt stof og almindeligt stof. Op til i dag, interaktionerne har vist sig så svage, at de er undsluppet direkte påvisning, tvinger forskere til at bygge stadig mere følsomme detektorer.

Siden 2006 har XENON Collaboration har drevet tre efterfølgende mere følsomme flydende xenondetektorer i Gran Sasso Underground Laboratory (LNGS) i Italien, og XENON1T er dets hidtil mest magtfulde venture og den største detektor af sin type, der nogensinde er bygget. Partikelinteraktioner i flydende xenon skaber små lysglimt, og detektoren er beregnet til at fange flashen fra den sjældne lejlighed, hvor en partikel af mørkt stof kolliderer med en xenonkerne.

Men andre interaktioner er langt mere almindelige. For at beskytte detektoren så meget som muligt mod naturlig radioaktivitet i hulen, detektoren (et såkaldt Liquid Xenon Time Projection Chamber) sidder i en kryostat nedsænket i en tank med vand. Et bjerg over det underjordiske laboratorium beskytter yderligere detektoren mod kosmiske stråler. Selv med afskærmning fra omverdenen, forurenende stoffer siver ind i xenon fra de materialer, der bruges i detektoren. Blandt hans bidrag, Brown er ansvarlig for et rensningssystem, der løbende skrubber xenon i detektoren.

"Hvis xenon er snavset, vi vil ikke se signalet fra en kollision med mørkt stof, "Brown sagde." At holde xenon ren er en af ​​de store udfordringer ved dette eksperiment, og mit arbejde indebærer at udvikle nye teknikker og nye teknologier for at holde trit med den udfordring. "

Brown hjælper også med at kalibrere detektoren for at sikre, at interaktioner, der registreres, kan identificeres korrekt. I sjældne tilfælde, for eksempel, signalet fra en gammastråle kan nærme sig det forventede signal fra en partikel i mørkt stof, og korrekt kalibrering hjælper med at udelukke lignende falske positive signaler.

I avisen "First Dark Matter Search Results from the XENON1T Experiment" publiceret på arXiv.org og sendt til offentliggørelse, samarbejdet præsenterede resultaterne af en 34 -dages kørsel af XENON1T fra november 2016 til januar 2017. Selvom resultaterne ikke opdagede partikler af mørkt stof - kendt som "svagt interagerende massive partikler" eller "WIMP'er" - kombinationen af ​​rekord lave radioaktivitetsniveauer med størrelsen af ​​detektoren indebærer et fremragende opdagelsespotentiale i de kommende år.

"En ny fase i kapløbet om at opdage mørkt stof med ultralave baggrunds massive detektorer på Jorden er lige begyndt med XENON1T, "sagde Elena Aprile, en professor ved Columbia University og projektordfører. "Vi er stolte over at være i spidsen for løbet med denne fantastiske detektor, den første af slagsen. "