Usynlig mørkt stof

Dybt under et bjerg i Apenninerne i Italien, et indviklet apparat søger efter universets mørke stof. Fysikstuderende ved University of Massachusetts spillede en afgørende rolle i DarkSide-50-detektorens seneste opdagelser-og, faktisk, har været en del af dette projekt siden starten.

Professor i fysik Andrea Pocar og hans elever designede og byggede et gitter, der er en af ​​nøglekomponenterne i DarkSide-50, oprettet i 2009 af en international koalition og har til huse i Italiens Gran Sasso National Laboratory. Uddannede som Arthur Kurlej '15 og Kirsten Randle '15 designet, samlet, og svejste dette sarte apparat på plads.

Mens mørkt stof kan udledes af dets tyngdekraftseffekter, fysikere har meget svært ved at identificere det, da det ellers næppe interagerer med "almindeligt" stof. Så de er nødt til at innovere måder at opdage det på.

DarkSide-50 bruger et kar med flydende argon med en lille lomme med argongas øverst som et mål for at tiltrække de partikler, der menes at udgøre mørkt stof. Den flydende argon er målet for partikler i mørkt stof, mens gaslommen er med til at forstærke det resulterende signal. Argonkernen er omgivet af en stor mængde rent scintillationsvæske, der beskytter den mod omgivende radioaktivitet, der kan efterligne mørke stofsignaler. Lysglimt, der produceres, når en partikel rammer kernen i et argonatom, vil være en indikator for forskere, at de er på det rigtige spor.

Processen med at opdage mørkt stof betyder at blive en absolut ekspert i alt, hvad mørkt stof ikke er. Kandidatstuderende Alissa Monte leder efter begivenheder, der sker ved detektorens grænser, hvor det er mindre effektivt at opsamle lys, hvor ladning kan blive fanget, eller begivenheder mister energi med kanteffekter. Hendes arbejde i disse mindre "ideelle" regioner hjælper forskere med at forstå hele detektorens adfærd.

At ligge og vente på mørkt stof er en zen-lignende proces. "Hvis vi vil se mørkt stof, det er et helt nyt signal, "forklarer Pocar." Der er radioaktivitet i alt. Så du er nødt til at vide, hvordan disse signaler ser ud i din detektor, og hvordan de kan maskere som mørkt stof. "

"Hvis vi ser en begivenhed snige sig ind, "Pocar fortsætter, "Det er statistisk set ekstremt signifikant. Vi ville blive tvunget til at påstå, at det faktisk er et signal."

Monte præsenterede sin plakat ved Dark Matter 2018 -symposiet på UCLA, hvor hun og resten af ​​Pocars team gav sin første rapport om instrumentets høje følsomhed for en bestemt klasse af principper om mørkt stof. Teamet havde indsamlet data til en måling, som de ikke engang havde regnet med at kunne foretage.

"Det viste sig, at vi var mere følsomme end noget eksperiment, der i øjeblikket kører i et bestemt masseområde, "fortæller Pocar." Der har været et par årtiers forskning, der har skubbet grænserne for at lede efter de tunge ting, men ikke finde noget. Folk begyndte at stille spørgsmålstegn ved, at det måske ikke er det rigtige sted at lede efter det. Så her kommer vi med dette eksperiment, hvor flere forsøg begynder at se ud. "

Teamet har nu fået en "udsøgt forståelse" af måden, detektoren angiver baggrundshændelser på. "Ingen forventede engang, at vi skulle sige noget om dette mørke stof med lav masse, og vi sætter den bedste følsomhed i verden, "siger Pocar." Pludselig, vi er en spiller i dette spil. "