Il posto migliore per la ricerca di materia oscura può essere viscere della Terra

Quasi due decine di laboratori sotterranei, sparsi in tutto il mondo, уставленных pentole con liquidi o blocchi di metalli e semiconduttori, gli scienziati sono alla ricerca di tracce di materia oscura. I loro esperimenti sempre più difficile, e la ricerca è sempre meglio, ma finora nessuno ha trovato prove dirette dell'esistenza di una misteriosa sostanza di cui è composta l ' 84% di tutta la materia nell'Universo. Secondo la nuova ricerca, dobbiamo maturare in radice, cioè ancora di più.

La materia Oscura è diverso dal normale materia barionica — sostanze di cui sono composte le stelle, le galassie, i cani, la gente e tutto il resto — quello che non interagisce con niente di niente, se non attraverso la forza di gravità (e, forse, nucleare debole forza). Noi non vediamo, ma la fisica è quasi sicuro che esiste e come scultore scolpisce la galassia nel loro viaggio attraverso lo spazio.

Nel corso di molti decenni preferibili candidati per le particelle di materia oscura sono stati ipotetiche modesti particelle — «вимпы» (WIMP), o debolmente interagenti massiccia di particelle. Molti esperimenti cercando di trovare вимпы le orme del loro scontro con la materia ordinaria. In questo scenario, picasso deve toccare il nucleo atomico attraverso la forza debole. Spaventato il nucleo rimbalzerà ed emetterà l'energia in una certa forma, la luce del flash o un'onda sonora. La rilevazione di tali appena visibili fenomeni richiede strumenti sensibili, che di solito sono previste in profondità sotto la terra. Ciò è principalmente dovuto al fatto che gli strumenti sono protetti dai raggi cosmici, che può anche causare una reazione core.

Dopo dieci anni di ricerche di questi segnali deboli, gli scienziati hanno praticamente trovato nulla. Ed ecco, un team di fisici provenienti da Polonia, Svezia e stati UNITI ha proposto un'altra idea. Essi credono che è necessario guardare non al germanio, xenon e scintillatori a nei rivelatori sotto la crosta terrestre. Essi credono che è necessario guardare la crosta terrestre. Nelle cronache di rocce, dove vengono registrati e coperti da strati di storia del nostro sistema Solare, si potrebbe trovare pietrificato voci preoccupate dei nuclei atomici, congelati tracce WIMPов.

«Siamo sempre alla ricerca di approcci alternativi», dice Catherine Fregio, fisico teorico dell'università del Michigan e sviluppatore di idee, che ha costituito la base per rivelatori esistenti.

Sotterraneo палеодетектор funzionerà in modo simile ai moderni metodi di rilevazione diretta. Invece di dotare il laboratorio con una grande quantità di liquido o di metallo per il monitoraggio degli scoppi di WIMP in tempo reale, è possibile cercare pietrificato tracce di WIMP, si schiantano sulle nuclei atomici. Alcune classi di minerali potrebbe bloccare tali tracce.

Se il nucleo rimbalza con sufficiente energia, e se indignati gli atomi e quindi si trovano in profondità sotto la terra (per proteggere il campione da raggi cosmici che possono confondere i dati), la pista di rimbalzo può essere salvato. Se è così, gli scienziati possono scavare la pietra, di analizzare i livelli di tempo e di esplorare gli eventi del passato, utilizzando sofisticate tecniche di нановизуализации, come la microscopia a forza atomica. Il risultato finale sarà tracce fossili: la pista зауропода durante la sua fuga da un predatore, solo nella terminologia della materia oscura.

Piccole tracce

Circa cinque anni fa Fregio iniziato a cercare idee per nuovi tipi di rivelatori insieme con Andrzej Друкиером, un fisico dell'università di Stoccolma, che ha iniziato la sua carriera con lo studio di rilevazione della materia oscura, prima di fare la biofisica. Una delle loro idee, sviluppato insieme con il biologo George Church, riguardava rivelatori di materia oscura, basate sul DNA e reazioni di enzimi.

Nel 2015 Друкиер è andato in russia, Novosibirsk, per lavorare su un prototipo biologico del rivelatore, che sarà pubblicato sotto la superficie della terra. In Russia ha imparato a conoscere pozzi perforati durante la guerra fredda, alcuni dei quali vanno a 12 chilometri verso il basso. Non ci sono i raggi cosmici non possono penetrare così lontano. Друкиер stato incuriosito.

I rivelatori Convenzionali di materia oscura relativamente grande e sono molto sensibili all'improvviso eventi. Essi trascorrono le loro ricerche nel giro di pochi anni, ma per la maggior parte sono alla ricerca di segnali di WIMP in tempo reale. Minerali, anche se relativamente piccolo, e meno sensibili all'interazione, possono rappresentare una ricerca che è durato centinaia di milioni di anni.

«Questi pezzi di rocce, estratto di molto, molto profondi carote, quasi un miliardo di anni», dice Друкиер. «La più profonda, te ne vai, tanto sono anziani. Non c'è bisogno di costruire un rivelatore. Il rivelatore è già lì, a terra.»

Ma la terra ha i suoi problemi. Il pianeta è pieno di radioattivo dell'uranio, che produce neutroni con la disintegrazione. Questi neutroni possono imprimere kernel. Fregio dice che il lavoro iniziale di scienziati, descrive палеодетекторы, non si è preoccupata di rumore, che viene creato dal crollo dell'uranio, ma molti commenti di altri scienziati interessati li ha costretti a tornare indietro e rivedere il documento. Il team ha trascorso due mesi, studiando migliaia di minerali, per capire quali sono isolati dal decadimento dell'uranio. Essi sostengono che i палеодетекторы sarà composto da marini эвапоритов — infatti, salgemma — o rocce, contenenti molto poco di silice, che sono chiamati ультраосновными rocce. Inoltre, sono alla ricerca di minerali, contengono un sacco di idrogeno, poiché l'idrogeno blocca in modo efficace i neutroni, derivanti dal decadimento dell'uranio.

La Ricerca di tracce nel terreno ci può portare a маломассивным вимпам, ritiene Trace Слатьер, fisico teorico del Mitdell'istituto, non ha mai partecipato alla ricerca.

«Siete alla ricerca di un nucleo, che apparentemente senza motivo salta, ma dovrebbe rimbalzare su una certa grandezza, per farsi notare. Se la pallina da ping-pong dovrà affrontare con una palla da bowling, si nota un particolare spostamento di quest'ultimo — se solo non si ha la possibilità di registrare i minimi cambiamenti nel movimento della palla da bowling».

il Più sofisticato esperimento

Il Lavoro sul campo sarà difficile. dovranno essere effettuati in profondità sotto la terra, dove i campioni di carotaggio saranno protetti dallo spazio e radiazione solare. E per il rilevamento di testimonianze растолканных core bisogno di moderni metodi di нановизуализации.

Secondo Слатьер, anche se WIMP lascerà una cicatrice visibile, il problema principale палеодетекторов sarà la prova che le impronte fossili davvero nascono le particelle di materia oscura. I ricercatori devono spendere un sacco di tempo per convincersi che le interazioni con i nuclei — non è un lavoro di neutroni, neutrini del Sole o di qualcos'altro.

«Dovrà scendere abbastanza in profondità per proteggersi dai raggi cosmici. Ma questo non è il laboratorio. Non è collocato in un ambiente controllato. Si può non sapere la storia completa di una pietra corporeo. Anche se si trova in loro un segnale, dovrà fare molto più lavoro, per assicurarsi che non si vede qualche sfondo».

Друкиер e Fregio credono che la forza палеодетекторов può essere quello in cifre. Razza contiene una varietà di minerali, ognuno dei quali contiene un nucleo atomico, che diversamente rimbalzano da predoni вимпов. Quindi diversi elementi serviranno diversi rivelatori, ma tutti saranno racchiusi in un campione di carotaggio. In futuro палеодетектор potrebbe anche fornire un record di вимпах nel tempo, allo stesso modo, come i fossili permettono dimostrato di essere di ricostruire la storia della vita sulla Terra.

Secondo Слатьер, lunga storia potrebbe offrire un look unico per l'alone di materia oscura, la via Lattea, la nube invisibile di materiale, attraverso il quale sulla Terra, quando il sistema solare compie il suo orbitare intorno a 250 milioni di anni intorno al centro della galassia. La comprensione di distribuzione di un alone di materia oscura della via Lattea può dare un'idea del suo comportamento fisico, dice Слатьер. Forse è anche dimostrerà se la materia oscura interagire in modi che vanno al di là di gravità.

«e ' qui la teoria e simulazione sono in fase di sviluppo attivo», dice. «Se troveremo materia oscura», chiede Друкиер. «Ho passato trentacinque anni nella sua ricerca. Probabilmente, questo è il più sofisticato esperimento nel mondo, quindi ci potrebbe non esserlo. Ma questo è cool».

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