CDEX lytter til lyden af ​​kosmologi fra et laboratorium dybt under jorden

Meget overbevisende beviser fra astropartikelfysik og kosmologi indikerer, at den vigtigste stofkomponent i universet er mørkt stof, tegner sig for omkring 85% med de resterende 15% almindeligt stof. Alligevel, folk ved stadig lidt om mørkt stof, herunder dens masse og andre egenskaber. Mange modeller forudsiger, at partikler i mørkt stof kan kobles med almindelige partikler på det svage interaktionsniveau, så det er muligt at fange signalet fra mørke stofpartikler med eksperiment til direkte detektion.

De videnskabelige mål med China Dark matter Experiment (CDEX) er på direkte påvisning af lys-mørkt stof og neutrino-mindre dobbelt beta-henfald med p-type point contact germanium (PPCGe) detektorer på China Jinping Underground Laboratory (CJPL). De målbare energispektre induceret af den elastiske spredning mellem partikler af mørkt stof og målnukleoner i CDEX -detektorsystemet kunne give os informationen om mørkt stofmasse, spin og andre egenskaber.

Analysen af ​​nuværende eksperimenter i mørkt stof er normalt modelafhængig, og mange modeller ud over standardmodellen har forudsagt eksistensen af ​​mørkt stof, såsom supersymmetri-modeller og ekstra-dimensionelle modeller. På grund af de mange forskellige fysiske modeller, begrænsningerne opnået fra samme eksperimentelle data kan ikke anvendes direkte på andre modeller, hvilket bringer komplikationer til fysiske fortolkninger. Kosmologiske observationer har bekræftet, at hoveddelen af ​​mørkt stof er det ikke-relativistiske kolde mørke stof, og som følge heraf, momentumoverførslen i spredningsprocessen mellem partikler af mørkt stof og nukleoner er kun omkring hundredvis af MeV, meget lavere end den elektro svage skala (~ 250 GeV). Det er derfor egnet til at bruge effektiv feltteori til at analysere samspillet mellem mørkt stof og almindeligt stof. To alternative ordninger er blevet foreslået i de seneste år for at studere forskellige mulige interaktioner, nemlig ikke-relativistisk effektiv feltteori (NREFT) og chiral effektiv feltteori (ChEFT). En effektiv teori indeholder alle mulige interaktioner tilladt ved givne symmetriske principper, så det kan model-uafhængigt reducere analysens komplikation.

I eksperimenter med direkte påvisning af mørkt stof, det, der hovedsageligt er fokuseret på, er den spin-uafhængige (SI) og spin-afhængige (SD) spredningsanalyse, mens EFT kan give mere momentumafhængig eller hastighedsafhængig interaktion, som normalt ikke tages i betragtning. Drage fordel af den lave elektriske støj fra PCCGe, analysetærsklen for CDEX-1B og CDEX-10 når begge 160 eV, som i høj grad kan forbedre detekteringsfølsomheden for lys mørkt stof.

Baseret på datasættet for CDEX-1B og CDEX-10, CDEX-samarbejde præsenterer nye grænser for koblinger af WIMP-nucleon, der stammer fra NREFT og ChEFT. I den ikke -relativistiske effektive feltteoriske tilgang, de forbedres i forhold til de nuværende grænser i lavmχ -regionen. I den kirale effektive feltteoriske tilgang, de forlængede for første gang grænsen for WIMP-pionkobling til mχ <6 GeV/c ² område.

Relaterede resultater er blevet offentliggjort online med titlen "Første eksperimentelle begrænsninger på WIMP -koblinger i den effektive feltteoriske ramme fra CDEX" i Videnskab Kina-fysik, Mekanik og astronomi . Prof. Y. F. Zhou fra Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences skrev en anmeldelseartikel til denne publikation.

Driften og analysen af ​​CDEX-1B og CDEX-10 er ved at være slut, og den næste generation af eksperimenter CDEX-100/CDEX-1T er under forberedelse nu. Det lavere baggrundsniveau og forbedring af PPCGe -ydeevne kan øge følsomheden ved direkte detekteringseksperiment. Mens næste generations eksperiment med CDEX kan opdage, at mørkt stof stadig er ukendt, men mysteriet om mørkt stof vil tilskynde flere og flere forskere til at fortsætte sine studier indtil den dag, hvor dette dybe mysterium om universet vil blive løst.