Slaboch

slaboch
Účastní se interakcí Gravitační [1] , slabý
Postavení Hypotetický
Hmotnost Mělo by být alespoň několik desítekkrát větší než hmotnost protonu [2]
Po kom nebo co je pojmenováno Slabá interakce , masivnost
kvantová čísla

WIMP (z anglického  WIMP, Weakly Interacting Massive Particle ) je hypotetická slabě interagující masivní částice . Ačkoli v ruskojazyčné literatuře neexistuje žádný zavedený termín pro tento pojem, slovo "wimp" je široce používáno v hovorové řeči odborníků. Wimpové jsou kandidáty na roli hlavní složky studené temné hmoty , která tvoří asi čtvrtinu příspěvku k celkové hustotě vesmíru (pozorovaná baryonová hustota je 6krát menší). Předpokládá se, že ze čtyř základních interakcí se WIMP účastní pouze slabé a gravitační. Proto je velmi obtížné experimentálně detekovat reliktní WIMP (narozené krátce po Velkém třesku ). Hmotnost WIMP by měla být alespoň několik desítekkrát větší než hmotnost protonu [2] . Mezi možné kandidáty na roli WIMP jsou nejčastěji zvažovány nejlehčí supersymetrické částice ( neutralinos ), které jsou stabilní ve většině teorií supersymetrie .

Termín WIMP navrhl v roce 1986 americký kosmolog Michael S.  Turner , který je také autorem termínu „temná hmota“. Tato zkratka je spojena s významem anglického slova wimp – „bore, slaboch“ [3] [4] .

Pokusy o experimentální objev

Přímá detekce

Předpokládá se, že WIMP tvoří sférické halo v naší Galaxii ; musí se pohybovat náhodně , s maxwellovským rozložením rychlosti (průměrná rychlost v oblasti Slunce  je asi 300 km/s ). Pokud není rozptylový průřez WIMP na atomovém jádře příliš malý, lze je přímo detekovat pomocí jaderných detektorů, které jsou dobře chráněny před vnějším pozadím (zejména je nutné umístit detektor hluboko pod zem, aby se chránil před kosmickými vlivy). záření). Vzhledem k orbitálnímu a dennímu pohybu detektoru spolu se Zemí bude rychlost počítání detektoru zažívat roční a denní změny; díky tomu může být užitečný signál oddělen od pozadí. Maximální četnost se očekává, když je projekce orbitální rychlosti Země na rychlost Slunce vzhledem ke středu Galaxie (a plynu WIMP) maximální.

Spolupráce DAMA uvádí [5] , že v dlouhodobém experimentu s detektorem sestávajícím z NaI(Tl) scintilátorů a umístěným v podzemní laboratoři Gran Sasso (Itálie) byly pozorovány roční odchylky v četnosti impulzů, konzistentní ve fázi s očekávané variace. Z výsledků tohoto experimentu vyplývá, že WIMP by měly mít hmotnost od 30 do 100 GeV / s 2 a pružný rozptylový průřez pro jádra (2-15)⋅10 −6 pb . Další spolupráce hledající částice temné hmoty nepotvrzují existenci takových částic – existuje rozpor, který by měl budoucí výzkum vyřešit (2013).

V prosinci 2009 uveřejnila spolupráce CDMS- 2 ( Cryogenic Dark Matter Search )  článek informující o registraci dvou událostí v oblasti signálu, které lze interpretovat jako důkaz detekce WIMP s pravděpodobností 77 %, na základě odhadů očekávané signály z pozadí [ 6] [7] . Pravděpodobnost, že tyto události jsou vysvětleny hlukem pozadí [8], je 23 %.

V únoru 2010 malý experiment CoGeNT ohlásil několik stovek událostí za 56 dní, což je interpretováno jako možný signál z WIMP s hmotností 7-11 GeV/c 2 (prozatím jsou vědci ve svých závěrech opatrní: je třeba výsledky ověřit) . [9] [10] [11] Detektor  CoGeNT ( Coherent Germanium Neutrino Technology ) je křemíko - germaniový polovodičový disk o velikosti hokejového puku a nachází se v bývalém dole na železnou rudu v Minnesotě v hloubce asi 600 metrů ( eng. Soudan Underground Mine State Park , stejně jako detektor CDMS ). [12]  

V červnu 2011 byly publikovány výsledky experimentu CoGeNT , interpretované jako potvrzení sezónních změn signálu podobných těm, které byly teoreticky předpovězeny a které byly dříve zaznamenány v italském experimentu DAMA [13] [14] [15] .

V září 2011 byly publikovány výsledky druhé fáze experimentu CRESST [16] , využívající kryogenní detektory tvořené monokrystaly wolframanu vápenatého . Při kumulativní expozici 730 kg·dní autoři našli 67 událostí, které odpovídaly experimentálnímu podpisu jader zpětného rázu. Toto číslo překračuje odhadované očekávané pozadí z vnějších neutronů, gama záření atd. Pokud je signál interpretován jako projev kolizí WIMP-jader, pak jej lze popsat dvěma možnými oblastmi v prostoru parametrů: jedna z nich je soustředěna kolem hodnoty hmotnosti WIMP M = 11,6 GeV/c 2 a průřezy pro pružný rozptyl na jádře σ = 3,7⋅10 −5 pb , druhý kolem hodnot M = 25,3 GeV/c 2 a σ = 1,6⋅10 −6 pb .

V dubnu 2013 oznámila spolupráce CDMS , která zpřesnila data získaná dříve z druhé fáze svého experimentu pomocí křemíkových polovodičových detektorů, registraci částic temné hmoty s úrovní spolehlivosti rovnou třem standardním odchylkám nebo s pravděpodobností 99,81 % . Při očekávané hladině hluku 0,7 události se nám podařilo zaregistrovat tři události s energiemi zárodků zpětného rázu asi 10 keV . Odhadovaná hmotnost registrovaných WIMP je M = 8,6 GeV/c 2 [17] [18] . Zároveň, jak sami autoři poznamenávají, zůstává rozpor s daty citlivějšího experimentu XENON, který nenašel důkazy o existenci WIMP s takovým hmotnostním a rozptylovým průřezem na jádrech, a dvou dalších experimentů které vidí důkaz o přítomnosti WIMP (DAMA a CDMS), pozorují signál v jiných oblastech prostoru parametrů, které nejsou kompatibilní ani mezi sebou, ani s daty CDMS. Neexistuje tedy žádná konečná odpověď, zda byly WIMP experimentálně registrovány.

V říjnu 2013 byly zveřejněny výsledky tehdy nejcitlivějšího experimentu LUX , provedeného v Jižní Dakotě . Hledání bylo provedeno v širokém rozsahu možných hmotností WIMP s maximální citlivostí pro hmotnost rovnou 33 GeV/c 2 [19] . Po dobu 85 dní výzkumníci nezaznamenali jediný signál z 1600 očekávaných, čímž nastavili nejpřísnější omezení na možné parametry WIMP. Tento výsledek byl v souladu s méně přesným experimentem XENON, ale byl v rozporu s výsledky získanými skupinami CoGENT a CDMS [20] [21] .

Nepřímá detekce

Existují také návrhy související s nepřímou detekcí WIMP. Většina WIMP prolétá Sluncem bez interakce s jeho hmotou, a proto je nelze gravitačně zachytit. Pokud se však WIMP rozptýlí z jednoho z jader uvnitř Slunce, může se zpomalit a zůstat v gravitačním poli Slunce. Postupně se hromadící v jámě gravitačního potenciálu vytvářejí WIMP koncentraci blízko jejího středu, dostatečnou k tomu, aby se začaly navzájem anihilovat . Mezi produkty takovéto anihilace mohou být vysokoenergetická neutrina , která bez překážek opouštějí střed Slunce. Mohou být registrovány pomocí pozemního detektoru (jako je Super-Kamiokande ). Je také možné nepřímo detekovat gravitačně uvězněné WIMP anihilující ve středu Země nebo v galaktickém jádru. Většina z těchto návrhů dosud nebyla realizována.

V říjnu 2010 Dan Hooper z Fermi National Laboratory a Lisa Goodenough z University of New York oznámili, že byli schopni identifikovat anihilace WIMP a jejich antičástic v jedné z galaxií. Analyzovali data o gama záření zaznamenaná Fermiho obíhajícím gama dalekohledem a dospěli k závěru, že žádný z jiných typů zdrojů nemůže vysvětlit pozorovaná fakta. Podle odhadu uvedeného v příspěvku by hmotnost WIMP měla být v rozmezí 7,3–9,2 GeV/c 2 [22] [23] [24] .

Viz také

Literatura

Odkazy

Experimenty

Poznámky

  1. ↑ Úžasný svět uvnitř atomového jádra. Otázky po přednášce Archivováno 15. července 2015 na Wayback Machine , FIAN, 11. září 2007
  2. ↑ 1 2 Igor Sokalský. Temná hmota  // Chemie a život . - 2006. - č. 11 .
  3. ↑ Steigman G. , Turner MS Kosmologická omezení vlastností slabě interagujících hmotných částic  (anglicky)  // Nuclear Physics B. - 1985. - Vol. 253 . - str. 375-386 . — ISSN 0550-3213 . - doi : 10.1016/0550-3213(85)90537-1 .
  4. ↑ Turner MS (2022), The Road to Precision Cosmology, arΧiv : 2201.04741 . 
  5. ↑ Geoff Brumfiel. Italská skupina tvrdí, že vidí temnou hmotu - znovu  (anglicky)  // Nature . - 2008. - Sv. 452 . — S. 918 .
  6. ↑ Spolupráce CDMS II. Výsledky hledání temné hmoty z experimentu CDMS II   // Science . — 2010. ( plná verze Archivováno 29. května 2020 na Wayback Machine z arxiv.org )
  7. ↑ Vědci poprvé experimentálně detekují částice temné hmoty . RIA Novosti (12. února 2010). Získáno 12. února 2010. Archivováno z originálu 5. února 2012.
  8. ↑ Scientific American. Výzkumníci temné hmoty jsou stále ve tmě, protože podzemní hledání přináší nejisté výsledky, 17. 12. 2009. . Datum přístupu: 20. prosince 2009. Archivováno z originálu 19. března 2011.
  9. ↑ Fyzici oznámili možnou registraci světlé temné hmoty , Lenta.ru, 3.1.2010. . Získáno 6. července 2020. Archivováno z originálu dne 12. června 2021.
  10. ↑ CE Aalseth a kol. (Spolupráce CoGeNT), Výsledky z hledání světle hmotné temné hmoty pomocí bodového kontaktu typu P s germaniovým detektorem Archivováno 26. července 2020 na Wayback Machine , arXiv:1002.4703 [astro-ph], 25. 2. 2010.
  11. ↑ Eric Hand. Výsledkem CoGeNT je hon za temnou hmotou . Nature News (26. února 2010). Archivováno z originálu 5. února 2012. Poznámka: Článek bude veřejně přístupný pouze několik dní
  12. ↑ Vědci našli nové důkazy o existenci temné hmoty Archivní kopie z 1. března 2010 na Wayback Machine // RIA Novosti , 27.2.2010
  13. ↑ CE Aalseth a kol. Vyhledejte roční modulaci v bodovém bodu typu P Kontaktujte Germaniový detektor temné hmoty   // arxiv.org . — 2011.
  14. ↑ Nová data stále mají vědci v temnotě nad temnou hmotou  , Science Daily (  8. června 2011). Archivováno z originálu 10. června 2011. Staženo 8. června 2011.
  15. ↑ Nová data nevrhají světlo na povahu temné hmoty , Wikinews  (8. června 2011). Staženo 8. června 2011.
  16. ↑ G. Angloher a kol. Výsledky z 730 kg dnů hledání temné hmoty CRESST-II  (anglicky)  // The European Physical Journal C. - 2011. - Vol. 72 , č. 4 . — S. 1971 . - doi : 10.1140/epjc/s10052-012-1971-8 . - arXiv : 1109.0702 .
  17. ↑ CDMS Collaboration. Výsledky hledání temné hmoty pomocí křemíkových detektorů CDMS II  . - 2013. - arXiv : 1304.4279 .
  18. ↑ A. Berezin . Detekce částic temné hmoty oznámena , Compulenta  (15. dubna 2013). Archivováno z originálu 17. dubna 2013. Staženo 17. dubna 2013.
  19. ↑ Paul Preuss . První výsledky z LUX , Berkeley National Laboratory  (30. října 2013). Archivováno z originálu 31. října 2013. Staženo 31. října 2013.
  20. ↑ Adrian Cho . Nový experiment torpéda částic lehké temné hmoty , věda NYNÍ (30. října 2013). Archivováno z originálu 1. listopadu 2013. Staženo 31. října 2013.
  21. ↑ Eugenie Samuel Reich . Žádné známky temné hmoty v podzemním experimentu , Nature News (30. října 2013). Archivováno z originálu 1. listopadu 2013. Staženo 31. října 2013.
  22. ↑ Fyzici „viděli“ stopy temné hmoty v datech z Fermiho dalekohledu . RIA Novosti (23. října 2010). Získáno 23. října 2010. Archivováno z originálu 5. února 2012.
  23. ↑ Teoretik Fermilabu vidí důkazy temné hmoty ve veřejných  datech . Symmetry Breaking (22. října 2010). Získáno 23. října 2010. Archivováno z originálu 5. února 2012.
  24. ↑ Dan Hooper, Lisa Goodenough. Anihilace temné hmoty v galaktickém středu z pohledu Fermiho kosmického  dalekohledu Gamma Ray  // arxiv.org . — 2010.
  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie