Avanceret eksperimentel opsætning udvider jagten på skjulte partikler af mørkt stof

Videnskabeligt bevis for mørkt stof kommer fra at observere, hvordan det påvirker stjerners og galaksers bevægelse. Forskere mener, at mørkt stof kan bestå af partikler. For at søge efter disse partikler og deres billardkuglelignende kollisioner har forskere brugt nogle af de største og mest følsomme eksperimenter, der nogensinde er bygget.

Disse eksperimenter har dog endnu ikke set signaler om mørkt stof. Forskere forudsiger, at mørkt stof partikler ville være meget svagt interagerende. Det betyder, at detektorer på Jorden burde være i stand til at fornemme en "vind" i mørkt stofpartikler, når Jorden bevæger sig gennem mørkt stof og kolliderer med et lille antal af partiklerne.

En anden mulighed er, at når en sjælden kollision sker, kan det mørke stof absorberes fuldstændigt, hvilket genererer et lille stød af energi. Majorana Demonstratoren er en strålingsdetektor, der er meget følsom over for denne type interaktion. Eksperimentet er dybt under jorden og afskærmet mod omgivende stråling såsom kosmiske stråler, og dets detektorer er ekstremt følsomme over for små energistød.

Disse funktioner gjorde det muligt for forskere at udføre en søgning fem til 10 gange mere følsom end tilsvarende detektorer. Forskerne opdagede ikke det forventede signal fra mørkt stof. Dette giver forskerne mulighed for at opdatere grænserne for den mulige masse af mørkt stof i flere forskellige modeller. Disse resultater vil sandsynligvis forblive de bedste grænser i nogen tid ved at bruge denne særlige detektorteknologi.

At forstå naturen og oprindelsen af ​​mørkt stof ville fuldstændig revolutionere videnskabsmænds forståelse af universet. Mange teoretiske modeller af mørkt stof forudsiger, at dets signaler kan detekteres ved hjælp af lavbaggrundsstrålingsdetektorer.

Ved at lede efter specifikke typer mørkt stof og ikke finde noget signal, har forskere, der driver Majorana Demonstrator-eksperimentet, indsnævret karakteristikaene af potentielle mørkt stofpartikler betydeligt. Selvom deres undersøgelse blev offentliggjort i tidsskriftet Physical Review Letters ikke direkte opdagede mørkt stof, brugte den en tilgang, der kan hjælpe med at guide fremtidige eksperimenter.

I denne forskning brugte forskerne en avanceret eksperimentel opsætning med germaniumdetektorer med høj renhed til at søge efter flere typer mørkt stof uden at finde noget signifikant signal forudsagt af flere teoretiske modeller. Eksperimentet blev udført på Sanford Underground Research Facility. En række universiteter og laboratorier samarbejdede om at udføre eksperimentet og ydede en bred, tværfaglig indsats.

Det videnskabelige fokus var på at søge efter forskellige typer af undvigende mørkt stofkandidater, herunder sterile neutrinoer og bosonisk og fermionisk mørkt stof. Hvis mørkt stof nogensinde bliver opdaget, ville det give dramatisk indsigt i universets sammensætning og fysik ud over standardmodellen.

Forskningen forstærker også Majorana Demonstrator-eksperimentets utrolige følsomhed og brede rækkevidde til flere fysikområder. Flere vigtige forskningsprojekter har alle brugt det samme underliggende Majorana Demonstrator-datasæt.

Flere oplysninger: I. J. Arnquist et al, Exotic Dark Matter Search with the Majorana Demonstrator, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.041001

Journaloplysninger: Physical Review Letters

Leveret af det amerikanske energiministerium