Slăbănog

slăbănog
Participă la interacțiuni Gravitațional [1] , slab
stare Ipotetic
Greutate Ar trebui să fie de cel puțin câteva zeci de ori mai mare decât masa protonilor [2]
Cine sau după ce poartă numele Interacțiune slabă , masivitate
numere cuantice

WIMP (din engleză  WIMP, Weakly Interacting Massive Particle ) este o particulă masivă ipotetică cu interacțiune slabă . Deși nu există un termen stabilit pentru acest concept în literatura de limbă rusă, cuvântul „wimp” este utilizat pe scară largă în vorbirea colocvială a specialiștilor. Wimps sunt candidați pentru rolul principalului component al materiei întunecate reci , care aduce aproximativ un sfert din contribuția la densitatea totală a Universului (densitatea barionului observată este de 6 ori mai mică). Se presupune că dintre cele patru interacțiuni fundamentale , WIMP-urile participă doar la cele slabe și gravitaționale. Prin urmare, WIMP-urile relicve (născute la scurt timp după Big Bang ) sunt foarte greu de detectat experimental. Masa WIMP-urilor ar trebui să fie de cel puțin câteva zeci de ori mai mare decât masa unui proton [2] . Printre posibilii candidați pentru rolul WIMP-urilor, cele mai ușoare particule supersimetrice ( neutralinos ), care sunt stabile în majoritatea teoriilor de supersimetrie , sunt cel mai adesea considerate .

Termenul WIMP a fost propus în 1986 de către cosmologul american Michael S.  Turner , care este și autorul termenului „materie întunecată”. Acest acronim este asociat cu sensul cuvântului englezesc wimp - „bore, weakling” [3] [4] .

Încercări experimentale de descoperire

Detectare directă

Se crede că WIMP-urile constituie un halou sferic în galaxia noastră ; trebuie să se miște aleatoriu , cu o distribuție maxwelliană a vitezei (viteza medie în regiunea Soarelui  este de aproximativ 300 km/s ). Dacă secțiunea transversală de împrăștiere a WIMP-urilor pe un nucleu atomic nu este prea mică, acestea pot fi detectate direct folosind detectoare nucleare care sunt bine protejate de fundalul extern (în special, este necesar să plasați detectorul adânc sub pământ pentru a se proteja de cosmice). radiații). Datorită mișcării orbitale și zilnice a detectorului împreună cu Pământul , rata de numărare a detectorului va experimenta variații anuale și zilnice; datorită acestui fapt, semnalul util poate fi separat de fundal. Rata maximă de numărare este așteptată atunci când proiecția vitezei orbitale a Pământului asupra vitezei Soarelui în raport cu centrul galaxiei (și gazul WIMP) este maximă.

Colaborarea DAMA afirmă [5] că într-un experiment de lungă durată cu un detector format din scintilatoare NaI(Tl) și situat în laboratorul subteran din Gran Sasso (Italia), s-au observat variații anuale ale ratei de numărare, consecvente în fază cu variaţiile aşteptate. Din rezultatele acestui experiment rezultă că WIMP-urile ar trebui să aibă o masă de la 30 la 100 GeV / s 2 și o secțiune transversală de împrăștiere elastică pentru nucleele (2-15)⋅10 -6 pb . Alte colaborări care caută particule de materie întunecată nu confirmă existența unor astfel de particule - există o contradicție pe care cercetările viitoare ar trebui să o rezolve (2013).

În decembrie 2009, colaborarea CDMS- 2 ( Cryogenic Dark Matter Search )  a publicat o lucrare care raportează înregistrarea a două evenimente în regiunea semnalului, care poate fi interpretată ca dovadă a detectării WIMP cu o probabilitate de 77%, pe baza estimărilor semnale așteptate din fundal [ 6] [7] . Probabilitatea ca aceste evenimente să fie explicate prin zgomotul de fond [8] este de 23%.

În februarie 2010, un mic experiment CoGeNT a raportat înregistrarea a câteva sute de evenimente pe parcursul a 56 de zile, ceea ce este interpretat ca un posibil semnal de la WIMP-uri cu o masă de 7-11 GeV/c 2 (deocamdată, oamenii de știință sunt precauți în concluziile lor: conform ele, rezultatele trebuie verificate) . [9] [10] [11] Detectorul  CoGeNT ( Coherent Germanium Neutrino Technology ) este un disc semiconductor de siliciu - germaniu de dimensiunea unui disc de hochei și este situat într-o fostă mină de minereu de fier din Minnesota , la o adâncime de aproximativ 600 de metri ( ing. Parcul de stat al minei subterane Soudan , la fel ca detectorul CDMS ). [12] 

În iunie 2011, au fost publicate rezultatele experimentului CoGeNT , interpretate ca o confirmare a variațiilor sezoniere ale semnalului similare cu cele prezise teoretic și înregistrate anterior în experimentul italian DAMA [13] [14] [15] .

În septembrie 2011, au fost publicate rezultatele fazei a doua a experimentului CRESST [16] , folosind detectoare criogenice constând din monocristale de tungstat de calciu . Cu o expunere cumulativă de 730 kg·zile , autorii au găsit 67 de evenimente care se potrivesc cu semnătura experimentală a nucleelor ​​de recul. Acest număr depășește fondul estimat estimat de la neutroni externi, raze gamma, etc. Dacă semnalul este interpretat ca o manifestare a coliziunilor WIMP-nucleu, atunci poate fi descris prin două regiuni posibile din spațiul parametrilor: una dintre ele este concentrată în jurul valorile masei WIMP M = 11,6 GeV/c 2 și secțiuni transversale pentru împrăștiere elastică pe nucleu σ = 3,7⋅10 −5 pb , a doua în jurul valorilor M = 25,3 GeV/c 2 și σ = 1,6⋅10 −6 pb .

În aprilie 2013, colaborarea CDMS , după ce a perfecționat datele obținute anterior din a doua fază a experimentului său folosind detectoare cu semiconductor de siliciu, a anunțat înregistrarea particulelor de materie întunecată cu un nivel de încredere egal cu trei abateri standard , sau cu o probabilitate de 99,81% . Cu un nivel de zgomot estimat de 0,7 evenimente, am reușit să înregistrăm trei evenimente cu energii ale nucleelor ​​de recul de aproximativ 10 keV . Masa estimată a WIMP-urilor înregistrate este M = 8,6 GeV/c 2 [17] [18] . În același timp, după cum notează autorii înșiși, rămâne o contradicție cu datele experimentului XENON, mai sensibil, care nu a găsit dovezi ale existenței WIMP-urilor cu o astfel de masă și secțiune transversală de împrăștiere pe nuclee și alte două experimente. care văd dovezi ale prezenței WIMP-urilor (DAMA și CDMS) observă semnalul în alte zone ale spațiului parametrilor care nu sunt nici compatibile între ele, nici cu datele CDMS. Prin urmare, nu există un răspuns final cu privire la dacă WIMP-urile au fost înregistrate experimental.

În octombrie 2013, au fost publicate rezultatele celui mai sensibil experiment LUX de atunci , realizat în Dakota de Sud . Căutarea a fost efectuată într-o gamă largă de mase WIMP posibile cu un vârf de sensibilitate pentru o masă egală cu 33 GeV/c 2 [19] . Timp de 85 de zile, cercetătorii nu au detectat un singur semnal din 1600 așteptate, stabilind astfel cele mai severe restricții asupra parametrilor posibili ai WIMP-urilor. Acest rezultat a fost în concordanță cu experimentul XENON mai puțin precis, dar a contrazis rezultatele obținute de grupurile CoGENT și CDMS [20] [21] .

Detectare indirectă

Există, de asemenea, propuneri legate de detectarea indirectă a WIMP-urilor. Majoritatea WIMP-urilor zboară prin Soare fără a interacționa cu materia acestuia și, prin urmare, nu pot fi capturate gravitațional. Cu toate acestea, dacă WIMP se disipează dintr-unul dintre nucleele din interiorul Soarelui, poate încetini și rămâne în câmpul gravitațional al Soarelui. Acumulându-se treptat în puțul potențial gravitațional , WIMP-urile creează o concentrație în apropierea centrului său, suficientă pentru a începe să se anihileze între ele. Printre produsele unei astfel de anihilări pot fi neutrini de înaltă energie care părăsesc centrul Soarelui fără piedici. Ele pot fi înregistrate cu un detector de la sol (cum ar fi Super-Kamiokande ). De asemenea, este posibil să se detecteze indirect WIMP prinse gravitațional care se anihilează în centrul Pământului sau în miezul galactic. Majoritatea acestor propuneri nu au fost încă implementate.

În octombrie 2010, Dan Hooper de la Laboratorul Național Fermi și Lisa Goodenough de la Universitatea din New York au anunțat că au reușit să identifice anihilarea WIMP-urilor și a antiparticulelor lor într-una dintre galaxii. Ei au analizat datele cu raze gamma înregistrate de telescopul cu raze gamma care orbitează Fermi și au concluzionat că niciunul dintre celelalte tipuri de surse nu ar putea explica faptele observate. Conform estimării date în lucrare, masa WIMP ar trebui să fie în intervalul 7,3–9,2 GeV/c 2 [22] [23] [24] .

Vezi și

Literatură

Link -uri

Experimente

Note

  1. ↑ Uimitoarea lume din interiorul nucleului atomic. Întrebări după prelegere Arhivată 15 iulie 2015 la Wayback Machine , FIAN, 11 septembrie 2007
  2. ↑ 1 2 Igor Sokalsky. Materia întunecată  // Chimie și viață . - 2006. - Nr. 11 .
  3. ↑ Steigman G. , Turner MS Cosmological constraints on the properties of weakly interacting massive particles  (engleză)  // Nuclear Physics B. - 1985. - Vol. 253 . - P. 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. Grupul italian susține că vede materia întunecată - din nou  (engleză)  // Natura . - 2008. - Vol. 452 . — P. 918 .
  6. ↑ Colaborarea CDMS II. Rezultatele căutării materiei întunecate din experimentul CDMS II   // Știință . — 2010. ( versiunea completă Arhivată 29 mai 2020 la Wayback Machine de pe arxiv.org )
  7. ↑ Oamenii de știință detectează experimental particulele de materie întunecată pentru prima dată . RIA Novosti (12 februarie 2010). Consultat la 12 februarie 2010. Arhivat din original pe 5 februarie 2012.
  8. ↑ Scientific American. Cercetătorii în materie întunecată sunt încă în întuneric, deoarece căutarea subterană dă rezultate incerte, 17.12.2009. . Data accesului: 20 decembrie 2009. Arhivat din original la 19 martie 2011.
  9. ↑ Fizicienii au anunțat posibila înregistrare a materiei întunecate ușoare , Lenta.ru, 03/01/2010. . Preluat la 6 iulie 2020. Arhivat din original la 12 iunie 2021.
  10. ↑ CE Aalseth și colab. (CoGeNT colaborare), Results from a Search for Light-Mass Dark Matter with a P-type Point Contact Germanium Detector Arhivat 26 iulie 2020 la Wayback Machine , arXiv:1002.4703 [astro-ph], 2/25/2010.
  11. ↑ Eric Hand. Un rezultat CoGeNT în căutarea materiei întunecate . Nature News (26 februarie 2010). Arhivat din original pe 5 februarie 2012. Notă: articolul va fi accesibil public doar pentru câteva zile
  12. ↑ Oamenii de știință au găsit noi dovezi pentru existența materiei întunecate . Copie de arhivă din 1 martie 2010 la Wayback Machine // RIA Novosti , 27/02/2010
  13. ↑ CE Aalseth și colab. Căutați o modulație anuală într- un detector de materie întunecată cu germaniu de tip P de tip punct de contact   // arxiv.org . — 2011.
  14. ^ New Data Still Have Scientists in Dark Over Dark Matter  , Science Daily (  8 iunie 2011). Arhivat din original pe 10 iunie 2011. Preluat la 8 iunie 2011.
  15. ↑ Noile date nu fac lumină asupra naturii materiei întunecate , Wikinews  (8 iunie 2011). Preluat la 8 iunie 2011.
  16. ↑ G. Angloher și colab. Rezultate din 730 kg zile ale căutării CRESST-II Dark Matter  (engleză)  // The European Physical Journal C. - 2011. - Vol. 72 , nr. 4 . — P. 1971 . - doi : 10.1140/epjc/s10052-012-1971-8 . - arXiv : 1109.0702 .
  17. ↑ Colaborarea CDMS. Rezultatele căutării de materie întunecată folosind detectoarele de siliciu ale CDMS II  . - 2013. - arXiv : 1304.4279 .
  18. ↑ A. Berezin . Detecția particulelor de materie întunecată anunțată , Compulenta  (15 aprilie 2013). Arhivat din original pe 17 aprilie 2013. Preluat la 17 aprilie 2013.
  19. ↑ Paul Preuss . Primele rezultate de la LUX , Berkeley National Laboratory  (30 octombrie 2013). Arhivat din original pe 31 octombrie 2013. Preluat la 31 octombrie 2013.
  20. ↑ Adrian Cho . Noul experiment torpilează particule ușoare de materie întunecată , Science NOW (30 octombrie 2013). Arhivat din original la 1 noiembrie 2013. Preluat la 31 octombrie 2013.
  21. ↑ Eugenie Samuel Reich . Niciun semn de materie întunecată în experimentul subteran , Nature News (30 octombrie 2013). Arhivat din original la 1 noiembrie 2013. Preluat la 31 octombrie 2013.
  22. ↑ Fizicienii au „văzut” urme de materie întunecată în datele telescopului Fermi . RIA Novosti (23 octombrie 2010). Consultat la 23 octombrie 2010. Arhivat din original la 5 februarie 2012.
  23. ↑ Teoreticianul de la Fermilab vede dovezi ale materiei întunecate în  datele publice . Ruperea simetriei (22 octombrie 2010). Consultat la 23 octombrie 2010. Arhivat din original la 5 februarie 2012.
  24. ↑ Dan Hooper, Lisa Goodenough. Anihilarea materiei întunecate în Centrul Galactic, așa cum este văzută de  telescopul spațial Fermi Gamma Ray  // arxiv.org . — 2010.
  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii