Mindent tudni akarok

Gyengén interakcióban lévő hatalmas részecskék

Pin
Send
Share
Send


Ez a cikk a részecskék hipotetikus osztályáról szól.
A "WIMP-k" itt átirányítják.

Az asztrofizikában gyengén kölcsönhatásban lévő hatalmas részecskék, vagy wimps, hipotetikus részecskék, amelyek az egyik lehetséges megoldás a sötét anyag problémájára. Őket tekintik a "hideg sötét anyag" egyik fő jelöltjének.

Ezek a részecskék kölcsönhatásba lépnek a gyenge nukleáris erőn és a gravitáción keresztül, és valószínűleg más olyan kölcsönhatások révén is, amelyek nem erősebbek, mint a gyenge erő. Mivel nem lépnek kölcsönhatásba az elektromágnesességgel, nem láthatók közvetlenül, és mivel nem lépnek kölcsönhatásba az erős nukleáris erő révén, nem reagálnak erősen az atommagokkal. Ez a tulajdonságok kombináció a WIMP-k számára a neutrinók sok tulajdonságát biztosítja, kivéve hogy sokkal tömegebbek és ennélfogva lassabbak.

Elméleti érvek

Noha a természetben a WIMP-k létezése hipotetikus, ez a sötét anyaggal kapcsolatos számos asztrofizikai és kozmológiai problémát megoldna. A WIMP-k fő elméleti jellemzői a következők:

  • Csak a gyenge nukleáris erőn és a gravitáción keresztül lépnek kölcsönhatásba, vagy legalább olyan kölcsönhatásokkal, amelyek nem haladják meg a gyenge skálát.
  • Nagy tömegük van a standard részecskékhez képest. (A szub-GeV-tömegű WIMP-ket könnyű, sötét anyagnak lehet nevezni.)

Mivel a normál anyaggal nem lépnek kölcsönhatásba, normál elektromágneses megfigyelések révén sötétek és láthatatlanok lennének. Nagy tömegük miatt viszonylag lassan mozognak és ezért hidesek. Ennek eredményeként hajlékonyak maradnak. A hideg sötét anyaggal teli világegyetem szimulációi galaxiseloszlásokat eredményeznek, amelyek nagyjából hasonlóak a megfigyelthez. A WIMP-ket a "hideg sötét anyag" egyik fő jelöltjének tekintik, a másik a masszív asztrofizikai kompakt halogén tárgyak (MACHO). (Ezeket a neveket szándékosan választottuk meg ellentétben, a MACHO-kkal később, mint a WIMP-k).

Ezenkívül, szemben a MACHO-kkal, a részecskefizika standard modelljében nincs ismert részecske, amely rendelkezik a WIMP-k összes tulajdonságával. Azok a részecskék, amelyek kevés kölcsönhatással vannak a normál anyaggal, például a neutrinók, mind nagyon könnyűek, és ezért gyorsan mozognak vagy forróak. A forró sötét anyag elkenné a galaxisok nagy léptékű szerkezetét, ezért nem tekinthető életképes kozmológiai modellnek. A WIMP-szerű részecskék előrejelzése az R-paritás-megőrző szuperszimmetriával történik, amely a standard modell kiterjesztése egy népszerű típusa, bár a szuperszimmetriában az új részecskék nagy számát nem figyelték meg.

Kísérleti észlelés

Mivel a WIMP-k csak gravitációs és gyenge erőkkel léphetnek kölcsönhatásba, ezeket rendkívül nehéz felismerni. Jelenleg azonban sok kísérlet zajlik a WIMP-k közvetlen és közvetett észlelésére. Noha a magokból származó WIMP-k becsült szétszóródási sebessége jelentős a detektor célzott tömegeinél, a jóslatok azt jósolták, hogy a halo WIMP-k, miközben áthaladnak a Napon, kölcsönhatásba lépnek a nap protonjaival és a héliummagokkal. Egy ilyen interakció miatt a WIMP energiaveszteséget okoz, és a Nap „elfogja” azt. Ahogy egyre több WIMP-t hőkezelnek a Nap belsejében, elkezdenek pusztulni egymással, különféle részecskéket képezve, beleértve a nagy energiájú neutrinokat.1 Ezek a neutrinók azután eljuthatnak a Földre, hogy detektálhassanak a sok neutrino-távcső egyikében, például a japán Super-Kamiokande detektorban. A detektorok napi észlelt neutrino eseményeinek száma a WIMP tulajdonságaitól, valamint a Higgs-bozon tömegétől függ. Hasonló kísérletek vannak folyamatban a WIMP megsemmisítéséből származó neutrinók kimutatására a Földön2 és a galaktikus központból.34

Fontos megjegyezni, hogy bár a legtöbb WIMP modell azt jelzi, hogy elég nagy számú WIMP-t fognak elfogni nagy égi testekben, hogy e kísérletek sikeresek legyenek, továbbra is lehetséges, hogy ezek a modellek vagy helytelenek, vagy csak a sötét anyag jelenségének egy részét magyarázzák. . Így, még a többszörös kísérlettel is, amely a nyújtásra szolgál közvetett bizonyítékok a "hideg sötét anyag" létezésére közvetlen detektálási mérésekre is szükség van a WIMP elméletének megszilárdításához.

Noha a legtöbb, a Nap vagy a Föld felszíni WIMP-nek várhatóan hatása nélkül megy át, remélem, hogy egy elég nagyméretű detektoron áthaladó sötét anyag WIMP-k elég gyakran kölcsönhatásba lépnek ahhoz, hogy láthatóak legyenek - legalább néhány esemény évente. A WIMP-k észlelésének jelenlegi kísérleteinek általános stratégiája olyan nagyon érzékeny rendszerek megtalálása, amelyek nagy mennyiségre méretezhetők. Ez a neutrino felfedezésének és (ma már) rutinszerű felfedezésének történetéből következik.

A CDMS paraméterterület 2004-től kizárt. A DAMA eredmény zöldövezetben található, és tilos.

A kriogén sötét anyag kereső (CDMS) detektor által a szoudan bányában alkalmazott technika több nagyon hideg germánium és szilícium kristályra támaszkodik. A kristályokat (mindegyik körülbelül egy jégkorong-korong méretét) lehűtjük körülbelül 50 millikelvinre. A felületek felületén egy fémréteget (alumínium és volfrám) használnak a kristályon áthaladó WIMP észlelésére. Ez a terv azt reméli, hogy észlelni fogja a kristály mátrixban a WIMP által "rúgott" atom által generált rezgéseket. A fém volfrám érzékelőket kritikus hőmérsékleten tartják, tehát szupravezető állapotban vannak. A nagy kristályrázkódás hőt generál a fémben, és az ellenállás megváltozása miatt kimutatható.

A Directional Recoil Identification From Tracks (DRIFT) együttműködés megkísérelte kihasználni a WIMP jel előre jelzett irányultságát a WIMP létezésének igazolására. A DRIFT detektorok 1 métert használnak3 az alacsony nyomású szén-diszulfid-gáz térfogata célanyagként. Az alacsony nyomású gáz használata azt jelenti, hogy egy WIMP, amely a célban lévő atommal ütközik, több milliméterrel visszaszorul, és a töltött részecskék nyomát hagyja a gázban. Ez a feltöltött sáv egy MWPC leolvasási síkba sodródik, amely lehetővé teszi három dimenzióban történő rekonstruálását, és ezután meghatározható a WIMP irányának iránya.

A WIMP által "becsapott" atomok kimutatásának másik módja a szcintilláló anyag használata, hogy a mozgó atom fényimpulzusokat generáljon. A DEAP kísérlet egy nagyon nagy folyékony argon célmasszát tervez érzékeny WIMP keresés céljából a SNOLAB-nál.

Ennek a módszernek egy másik példája a DAMA / NaI detektor Olaszországban. Több anyagot használ a más fénytermelő folyamatok hamis jeleinek azonosítására. Ez a kísérlet évente megváltoztatta a detektor jeleinek sebességét. Ez az éves moduláció egy WIMP jel előrejelzett aláírása,56 és ennek alapján a DAMA együttműködés pozitív észlelést igényelt. Más csoportok azonban nem erősítették meg ezt az eredményt. A CDMS és az EDELWEISS kísérletek várhatóan jelentős számú WIMP-atommag-szóródást figyelnének meg, ha a DAMA jelet valójában a WIMP okozta. Mivel a többi kísérlet nem látja ezeket az eseményeket, a DAMA eredmény WIMP-észlelésként való értelmezését a legtöbb WIMP-modell esetében kizárhatjuk. Lehetséges olyan modelleket kidolgozni, amelyek összeegyeztetik a pozitív DAMA eredményt a többi negatív eredménnyel, de mivel a többi kísérlet érzékenysége javul, ez nehezebbé válik. A szudáni bányában vett és 2004 májusában nyilvánosságra hozott CDMS-adatok kizárják a teljes DAMA szignálrégiót, figyelembe véve bizonyos általános feltételezéseket a WIMP-k és a sötét anyag halogén tulajdonságairól.

Lásd még

  • Sötét anyag
  • Alapvető interakció
  • MACSÓ
  • Ügy
  • Neutrino

Megjegyzések

  1. ↑ Ferrer, F., Krauss L. és S. Profumo. 2006. A világos semleges anyag sötét anyagának közvetett kimutatása az NMSSM-ben. Phys.Rev. D74: 115007. Beérkezett 2009. január 15-én.
  2. Ese Freese, K. 1986. Lehet, hogy a skaláris neutrínók vagy a Massive Dirac Neutrinos hiányzó mise? Phys.Lett. B167: 295. Beérkezett 2009. január 15-én.
  3. R Carr, J., G. Lamanna és J. Lavalle. 2006. A sötét anyag közvetett kimutatása. Rep. Prog. Phys. 69:2475-2512.
  4. Nen Fornengo, N. 2008. A közvetett és közvetlen sötét anyag keresések állapota és perspektívái. 36. COSPAR Tudományos Közgyűlés, Peking, Kína, 2006. július 16–23. Adv. Space Res. 41: 2010-2018. Beérkezett 2009. január 15-én.
  5. ↑ Drukier, A., Freese K. és D. Spergel. 1986. Hideg, sötét anyag jelöltek felismerése. Phys.Rev. D33: 3495-3508.
  6. ↑ Freese, K., J. Frieman és A. Gould. 1988. Jelmoduláció a hideg sötét anyag detektálásában. Phys. Fordulat. D37: 3388. Beérkezett 2009. január 15-én.

Irodalom

  • Freeman, Ken és Geoff McNamara. 2006. A sötét anyag keresése során. Springer-Praxis könyvek a népszerű csillagászatban. Berlin: Springer. ISBN 978-0387276168
  • Nicolson, Iain. 2007. Az univerzum sötét oldala: sötét anyag, sötét energia és a kozmosz sorsa. Baltimore, MD: Johns Hopkins University Press. ISBN 978-0801885921
  • Seymour, Percy. 2008-ra. Sötét anyagok: egyesítő anyag, sötét anyag, sötét energia és az univerzális rács. Franklin Lakes, NJ: Új oldalkönyvek. ISBN 978-1601630063

Külső linkek

Az összes link visszakeresése 2013. augusztus 10.

  • Eidelman, S., et al. (Részecske-adatcsoport). 2004. WIMP és egyéb részecskekeresések. Phys. Lett. B 592: 1.
  • Sumner, Timothy J. 2002. Kísérleti keresések a sötét anyaghoz. Élő vélemények a relativitás kategóriában.
  • Kriogén sötét anyag keresés.
  • COUPP kísérlet - E961.
  • CRESST - Sötét anyagot kereső kísérlet.
  • A DAMA projekt.
  • DEAP-1.
  • WARP.
  • XENON Dark Matter projekt.
  • ZEPLIN-III WIMP keresések.

Pin
Send
Share
Send