Der beste Ort für die Suche nach der dunklen Materie kann Eingeweiden der Erde

Fast zwei Dutzend unterirdischen Laboren auf der ganzen Welt verstreut, уставленных чанами mit Flüssigkeit oder Blöcken aus Metall und Halbleitern, die Wissenschaftler auf die Suche nach Spuren der dunklen Materie. Ihre Experimente werden immer komplexer und komplizierter, und die Suche geht immer genauer, aber bisher niemand gefunden hat direkten Beweise für die Existenz einer geheimnisvollen Substanz, aus der die 84% der gesamten Materie im Universum. Laut einer neuen Studie, müssen wir Reifen in der Wurzel, D. H. noch tiefer.

Dunkle Materie unterscheidet sich von der normalen барионной Materie — der Stoff, aus dem die Sterne bestehen, Galaxie, Hunde, Menschen und alles andere — die Tatsache, dass es interagiert nicht mit irgendetwas in irgendeiner Weise, außer durch die Gravitation (und vielleicht die schwache nukleare Kraft). Wir sehen es nicht, aber Physik ist fast sicher, dass es existiert und wie ein Bildhauer formt die Galaxie auf Ihrem Weg durch den Kosmos.

Seit vielen Jahrzehnten bevorzugten Kandidaten für die Teilchen der dunklen Materie wurden bescheidenen hypothetischen Teilchen — «вимпы» (WIMP), oder schwach wechselwirkende massive Teilchen. Viele Experimente versuchen zu finden вимпы auf den Spuren Ihrer Auseinandersetzung mit gewöhnlicher Materie. In einem solchen Szenario Wimp muss berühren des Atomkerns durch die schwache Kraft. Ängstlich Kern prallt und strahlt Energie in irgendeiner Form, Blitz-Licht oder eine Schallwelle. Die Erkennung solcher kaum sichtbaren Phänomenen erfordert empfindliche Instrumente, die normalerweise tief unter die Erde gelegt. Dies geschieht vor allem dadurch, dass die Instrumente werden vor der kosmischen Strahlung geschützt, auch die Kerne können eine Reaktion auslösen.

Nach zehnjährigen Recherchen dieser schwachen Signale, die Wissenschaftler fast nichts gefunden. Und siehe, ein Team von Physikern aus Polen, Schweden und den USA vorgeschlagen, eine andere Idee. Sie glauben, dass man nicht auf Germanium, Xenon und in den Detektoren Szintillatoren sind in der Erdkruste. Sie glauben, dass man auf die Erdrinde. In Rassen Chroniken, wo aufgezeichnet und mit den Schichten der Geschichte unseres Sonnensystems, könnten wir eine versteinerte gestörten Aufnahme von Atomkernen, gefrorene Spuren WIMPов.

«Wir sind immer auf der Suche nach Alternative Ansätze», sagt Katherine Fries, Physiker der University of Michigan und Entwickler von Ideen, die die Grundlage der bestehenden Detektoren.

Die Unterirdische палеодетектор funktioniert ähnlich wie die modernen Methoden der direkten Erfassung. Anstatt rüstet das Labor mit einem großen Volumen an Flüssigkeit oder Metall für die Beobachtung von Ausbrüchen WIMP in Echtzeit, Sie können suchen nach versteinerten Spuren von WIMP, Absturz in die Atomkerne. Einige Klassen Mineralien registrieren konnten solche Spuren.

Wenn der Kernel springt mit ausreichend mit Energie versorgt wird, und wenn die empörten Atome dann finden sich tief unter der Erde (um die Probe zu schützen vor der kosmischen Strahlung, können die Daten verwirren), Spur Rückstoß gespeichert werden können. Wenn ja, dann können die Wissenschaftler Stein ausgraben, zerlegen ihn in Schichten von Zeit und erkunden Sie die Ereignisse der Vergangenheit mit komplizierten Methoden нановизуализации, wie Atom-Kraft-Mikroskopie. Das Endergebnis ist eine Spur Fossilien: Bahn зауропода während seiner Flucht vor dem raubtier, nur in der Terminologie der dunklen Materie.

Winzige Spuren

Vor Etwa fünf Jahren Fries zu Beginn der Suche nach Ideen für neue Arten von Detektoren zusammen mit Andrzej Друкиером, Physiker von der Universität Stockholm, der begann seine Karriere mit der Erforschung der Entdeckung der dunklen Materie, bevor Sie eine Biophysik. Eine Ihrer Ideen, entwickelte gemeinsam mit dem Biologen George Черчем, betraf die Detektoren dunkle Materie, basiert auf DNA und die Reaktionen der Enzyme.

Im Jahr 2015 Друкиер ging ins russische Nowosibirsk, um die Arbeit an dem Prototyp des biologischen Detektors, die sich unter der Erdoberfläche. In Russland erfuhr er von Bohrlöchern gebohrt während des kalten Krieges, von denen einige gehen auf 12 Kilometern nach unten. Keine kosmische Strahlen nicht so weit eindringen kann. Друкиер war fasziniert.

Gewöhnliche Detektoren dunkle Materie relativ groß und sehr empfindlich auf plötzliche Ereignisse. Führen Sie Ihre Suche für mehrere Jahre, aber zum größten Teil auf der Suche nach WIMP-Signale in Echtzeit. Mineralien, wenn auch relativ klein, und weniger empfindlich auf die Zusammenarbeit, können imitieren suchen, das dauerte Hunderte von Millionen Jahren.

«Diese Stücke Rassen, die man aus sehr, sehr tiefen Kernen, fast eine Milliarde Jahre», sagt Друкиер. «Je tiefer du gehst, desto älter. Nicht brauchen, um Detektor zu bauen. Der Detektor bereits in der Erde».

Aber die Erde hat Ihre eigenen Probleme. Der Planet ist voll von radioaktivem Uran, die Neutronen produziert während des Zerfalls. Diese Neutronen können auch die Prägung des Kernels. Fries sagt, dass die Arbeit der Wissenschaftler beschreibt палеодетекторы, nicht berücksichtigt Geräusch, das entsteht mit dem Zerfall von Uran, aber viele Kommentare anderer interessierter Wissenschaftler gezwungen, Sie zurück und überprüfen Sie das Dokument. Die Mannschaft hat zwei Monate, studieren Tausende von Mineralien, um zu verstehen, welche von Ihnen isoliert aus dem Zerfall von Uran. Sie behaupten, dass die besten палеодетекторы bestehen aus marinen эвапоритов — in der Tat, Steinsalz — oder Rassen, die sehr wenig Kieselsäure, die als ультраосновными Felsen. Außerdem sind Sie auf der Suche nach Mineralien, die Menge von Wasserstoff, da Wasserstoff effektiv gegen die Neutronen, die beim Zerfall von Uran.

Suche nach den Spuren im Boden führen kann маломассивным вимпам, glaubt Trace Слатьер, Physiker aus dem Massen-atschussetski technologischenInstitut, auch nicht die Teilnahme in der Forschung.

«Sie suchen einen Kernel, der scheinbar grundlos springt, aber es muss hüpfen um einen bestimmten Betrag, damit es bemerkt wird. Wenn der Ping-Pong-Ball wird Ball Bowlingkugel, Sie werden nicht merken, eine Besondere Verschiebung des letzteren, nur wenn Sie keine Möglichkeit haben, registrieren kleinste Veränderungen in der Bewegung der Kugel Bowlingkugel».

Das schwierigste Experiment

Die Arbeit im Außendienst wird schwierig. müssen durchgeführt werden tief unter der Erde, wo die Proben der Bohrkerne geschützt werden von der kosmischen und der Sonnenstrahlung. Und für die Erkennung von Zeugnissen растолканных Kerne benötigen moderne Methoden нановизуализации.

Laut Слатьер, auch wenn WIMP hinterlässt eine sichtbare Narbe, das Hauptproblem палеодетекторов wird der Nachweis, dass fossile Spuren wirklich geboren Teilchen der dunklen Materie. Forscher verbringen viel Zeit, um sich davon zu überzeugen, dass die Wechselwirkung mit den Kernen ist nicht die Arbeit von Neutronen, Neutrinos von der Sonne, oder etwas anderes.

«wir Müssen ganz tief fallen, zum Schutz vor der kosmischen Strahlung. Aber es ist nicht das Labor. Es ist nicht kontrollierten Bedingungen. Sie können nicht wissen, die komplette Geschichte von Stein-Ablagerungen. Auch wenn Sie sich in Ihnen das Signal, mssen viel mehr Arbeit, um sicherzustellen, dass Sie nicht sehen, irgend einen hintergrund».

Друкиер Fries und glauben, dass die Stärke палеодетекторов kann es sein, die zahlen. Rasse enthält viele Mineralien, von denen jeder enthält Atomkerne, die anders abprallen marodierenden вимпов. Deshalb werden verschiedene Elemente dienen verschiedenen Detektoren, aber Sie sind alle eingeschlossen in einer Probe Bohrkern. In der Zukunft палеодетектор könnte Ihnen sogar die Aufnahme über die вимпах in der Zeit, genauso wie die Fossilien erlauben den Paläontologen rekonstruieren die Geschichte des Lebens auf der Erde.

Nach Ansicht Слатьер, langes Chronik könnte bieten eine einzigartige Sicht auf die Halos der dunklen Materie der Milchstraße, unsichtbaren Wolke des Materials, durch die Erde schwimmt, wenn das Sonnensystem vollzieht seine Bewegung in einer Umlaufbahn in 250 Millionen Jahren um das Zentrum der Galaxie. Das Verständnis der Verteilung der Halos der dunklen Materie der Milchstraße geben eine Vorstellung von seinem physischen Verhalten, sagt Слатьер. Vielleicht ist dies auch zeigen, ob die dunkle Materie interagieren in einer Weise, die jenseits der Schwerkraft.

«Genau hier Theorie und Simulation befinden sich im Stadium der aktiven Entwicklung», sagt Sie. «Finden wir die dunkle Materie», fragt Друкиер. «Ich habe fünfunddreißig Jahre in Ihrer Suche. Wahrscheinlich ist es die schwierigste Experiment in der Welt, daher können wir nicht glücklich sein. Aber es ist cool».

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