Le meilleur endroit pour la recherche de la matière noire peuvent être les entrailles de la Terre

Près de deux douzaines de laboratoires souterrains, dispersés à travers le monde, installés cuves avec un liquide ou des blocs de métaux et semi-conducteurs, les scientifiques cherchent des traces de la matière noire. Leurs expériences deviennent de plus en plus difficile, et que la recherche se déroule tous plus précisément, mais jusqu'à présent personne n'a trouvé de preuves directes de l'existence d'une mystérieuse substance qui se compose de 84% de toute la matière dans l'Univers. Selon une nouvelle étude, nous avons besoin de mûrir dans la racine, c'est encore plus profond.

La matière noire est différent de la normale барионной de la matière — substance dont sont constitués les étoiles, les galaxies, les chiens, les gens et tout le reste — ce qui n'interagit pas avec rien ne, sauf par la force de la gravité (et peut-être, par la faiblesse de la force nucléaire). Nous ne voyons pas, mais la physique est presque sûr qu'il existe, et que le sculpteur sculpte la galaxie sur leur chemin à travers l'espace.

Pendant de nombreuses décennies candidats préférés sur des particules de matière noire ont été hypothétiques modestes de particules «вимпы» (WIMP), ou de faibles interactions massives de particules. De nombreuses expériences tentent de trouver вимпы sur les traces de leur collision avec la matière ordinaire. Dans un tel scénario, вимп doit appuyer sur un noyau atomique par la force faible. Effaré le noyau de rebondir et émettra de l'énergie dans une certaine forme, un flash de lumière ou une onde sonore. La détection de tels peine visibles des phénomènes nécessite sensibles des outils qui sont habituellement situés profondément dans le sous-sol. Fondamentalement, c'est parce que les outils seront protégés contre les rayons cosmiques, qui peuvent également provoquer une réaction des noyaux.

Après une décennie de recherches de ces signaux faibles, les scientifiques ont pratiquement rien trouvé. Et voici, une équipe de physiciens de la Pologne, de la Suède et des états-UNIS a proposé une autre idée. Ils pensent que vous avez à regarder germanium, le xénon et сцинтилляторы les détecteurs sous l'écorce terrestre. Ils croient que vous devez regarder lui-même l'écorce terrestre. Dans les annales des roches, où sont enregistrées et sont couverts par les couches de l'histoire de notre système Solaire, nous pourrions trouver des fossiles d'enregistrement inquiétés des noyaux atomiques, congelés traces WIMPов.

«Nous sommes toujours à la recherche de solutions alternatives», explique Catherine Frise, physicien de l'université du Michigan et le développeur d'idées qui ont inspiré les détecteurs existants.

Souterraine палеодетектор des travaux similaires sur les techniques modernes directement. Au lieu de les équiper d'un laboratoire avec une grande quantité de liquide ou de métal pour la surveillance des flambées de MAUVIETTE en temps réel, vous pouvez chercher des traces fossiles de MAUVIETTE, врезающихся dans un noyau atomique. Certaines classes de minéraux pourraient fixer de telles traces.

Si le noyau rebondit avec suffisamment d'énergie, et si perturbé par des atomes puis sont profondément sous terre pour protéger l'échantillon de rayons cosmiques qui peuvent confondre des données), la piste de rebond peut être enregistré. Si oui, alors les scientifiques peuvent creuser la pierre, l'analyser selon les couches de temps et d'explorer les événements du passé, en utilisant des techniques sophistiquées нановизуализации, comme la microscopie à force atomique. Le résultat final sera la trace de fossiles: le sentier de зауропода pendant sa fuite du prédateur, seulement dans la terminologie de la matière noire.

des traces

Y a Environ cinq ans une Frise de commencer à chercher des idées pour de nouveaux types de détecteurs avec Анджеем Друкиером, un physicien de L'université, qui a commencé sa carrière à l'étude de la détection de la matière noire, avant de s'occuper de биофизикой. L'un de leurs idées, développé avec le biologiste George Черчем porté sur les détecteurs de matière noire, basées sur l'ADN et les réactions des enzymes.

En 2015 Друкиер est allé dans le Novossibirsk, pour travailler sur un prototype de détecteur biologique, qui sera placé sous la surface terrestre. En Russie, il a appris sur les puits forés dans le temps de la guerre froide, dont certains remontent à 12 kilomètres en aval. Aucun des rayons cosmiques ne peuvent pas pénétrer aussi loin. Друкиер était intrigué.

Détecteurs Conventionnels de la matière noire est relativement grand et très sensibles à la soudaine des événements. Ils effectuent leurs recherches pendant plusieurs années, mais pour la plupart, cherchent des signaux de MAUVIETTE en temps réel. Les minéraux, bien que relativement petite, et moins sensibles à l'interaction, peuvent emprunter la recherche, qui a duré des centaines de millions d'années.

«Ces morceaux de roches extraites d'un très, très profondes, de carottes, de presque un milliard d'années», dit Друкиер. «Plus tu pars, plus ils sont plus âgés. Pas besoin de construire un détecteur. Le détecteur est déjà là, dans la terre».

Mais la terre a ses problèmes. La planète est pleine radioactive de l'uranium, qui produit des neutrons de mesure de la décroissance. Ces neutrons peuvent également graver le noyau. La frise dit que le travail initial de scientifiques décrivant палеодетекторы, n'intègre pas de bruit, qui crée de la désintégration de l'uranium, mais de nombreux commentaires d'autres chercheurs intéressés ont amenés à revenir en arrière et revoir le document. L'équipe a passé deux mois, en étudiant des milliers de minéraux, afin de comprendre quels sont isolés de la désintégration de l'uranium. Ils affirment que les meilleurs палеодетекторы sera composé de marins эвапоритов — en fait, la pierre de sel ou de roches contenant très peu de silice, qui sont appelés ультраосновными races. En outre, ils cherchent des minéraux, contenant beaucoup d'hydrogène, puisque l'hydrogène bloque efficacement les neutrons résultant de la désintégration de l'uranium.

La Recherche de traces dans le sol peut nous conduire à маломассивным вимпам, estime Trace Слатьер, physicien théoricien de Massachusetts institute of technologyde l'institut, ne prenant participer à la recherche.

«Vous cherchez le noyau, qui semble déraisonnable saute, mais il doit sauter en l'air sur un certain montant, pour être remarqué. Si une balle de ping-pong face à la boule de bowling, vous ne remarquerez particulière de déplacement de ce dernier, si vous n'avez pas la possibilité d'enregistrer les moindres changements dans le mouvement de la boule de bowling».

la Plus complexe de l'expérience

Le Travail sur le terrain sera difficile. devront intervenir profondément sous la terre, où les échantillons de carottes seront protégés de l'espace et du rayonnement solaire. Et pour la détection des témoignages растолканных noyaux besoin de méthodes modernes de нановизуализации.

Selon Слатьер, même si WIMP laissera une cicatrice visible, le principal problème палеодетекторов sera la preuve que les fossiles des traces vraiment nés de particules de matière noire. Les chercheurs doivent passer beaucoup de temps, pour se convaincre que l'interaction avec les noyaux n'est pas le travail de neutrons, neutrinos du Soleil ou quelque chose d'autre.

«il faut descendre assez profondément pour se protéger contre les rayons cosmiques. Mais ce n'est pas le laboratoire. Ce n'est pas des environnements contrôlés. Vous ne pouvez pas connaître l'histoire complète de la pierre de dépôts. Même si vous vous trouvez dans le signal, à faire beaucoup plus de travail pour vous assurer que vous ne voyez pas quelque chose en arrière-plan.

Друкиер et Frise considèrent que la force de палеодетекторов peut-être dans les chiffres. La race contient beaucoup de minéraux, dont chacun contient un noyau atomique, qui sont différemment pour rebondir sur la maraude вимпов. Par conséquent, les différents éléments serviront de différents détecteurs, mais ils seront placés dans un échantillon de noyau. Dans l'avenir палеодетектор pourrait même fournir des enregistrements de вимпах dans le temps, exactement comme les fossiles permettent de палеонтологам révolutionner l'histoire de la vie sur la Terre.

Selon Слатьер, longue annales pourrait offrir un regard unique sur le halo de matière noire de la Voie Lactée, un nuage invisible de matériau à travers lequel passe la Terre, quand le système solaire fait son orbite dans 250 millions d'années autour du centre de la galaxie. Compréhension de la distribution d'un halo de matière noire de la Voie Lactée peut donner une idée de son physique et de comportement, dit Слатьер. Peut-être, c'est aussi de montrer si la matière noire interagir moyens qui vont au-delà de la gravité.

«C'est ici que la théorie et la modélisation sont en cours de développement actif», dit-elle. «Trouverons-nous de la matière noire», demande Друкиер. «J'ai passé trente-cinq ans dans sa quête. C'est probablement la plus complexe de l'expérience dans le monde, donc nous ne peut pas avoir de la chance. Mais c'est cool».

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