|
Поиск темной материи с энергией менее ГэВ
|
|
|
|
Физики всего мира продолжают поиски темной материи, неуловимого типа материи, которая не поглощает, не отражает и не излучает свет и, как считается, составляет большую часть материи во Вселенной. Тип темной материи, который специально искали многие команды, — это темная материя субГэВ, частицы темной материи с массами ниже ГэВ (гигаэлектронвольт). Коллаборация PandaX-II, большая группа исследователей, работающих в различных институтах и университетах Китая, недавно провела поиск темной материи, усиленной космическими лучами, используя данные, собранные детектором PandaX-II, расположенным в Китае. Их результаты, опубликованные в журнале Physical Review Letters (PRL), расширяют пространство исследуемых параметров темной материи до масс от 0,1 МэВ до ГэВ.
|
|
|
|
«Легкая темная материя, масса которой меньше массы протона, обычно не исследовалась при прямом обнаружении, поскольку она не может производить достаточно большую ядерную отдачу, чтобы превысить порог детектора», — сообщили исследователи Phys.org по электронной почте. «К счастью, космические лучи могут подтолкнуть легкие частицы темной материи в космосе, чтобы они приобрели релятивистскую скорость. Это позволяет им преодолеть порог прямого обнаружения, как впервые указали исследователи Торстен Брингманн и Максим Поспелов». В своем недавнем исследовании коллаборация PandaX-II специально рассмотрела дневной сигнал модуляции темной материи, который «усиливается» космическими лучами. Для этого они проанализировали данные, собранные детектором PandaX-II в последнем испытании эксперимента.
|
|
|
Их анализ основан на одной из их предыдущих феноменологических статей, опубликованных в начале 2021 года в PRL. В этой предыдущей работе команда впервые заметила, что усиленная космическими лучами темная материя, в основном происходящая из ядра нашей галактики, имеет уникальную модуляционную характеристику. «Темная материя проходит определенное расстояние внутри Земли, прежде чем достичь детектора, которое сильно варьируется от 2 км до 13 000 км в зависимости от вращения Земли», — говорят исследователи. «Чем больше расстояние, тем сильнее эффекты затухания». Основываясь на своих наблюдениях, коллаборация PandaX-II поняла, что сочетание расстояния, которое темная материя преодолела внутри Земли, и ее эффектов затухания привели к уникальной суточной модуляции. Таким образом, в своем новом исследовании они намеревались экспериментально найти эту суточную модуляцию, анализируя реальные данные, собранные в ходе эксперимента PandaX-II.
|
|
|
|
«Мы использовали полные данные, в общей сложности 100 тонн в день, собранные в ходе эксперимента PandaX-II в китайской подземной лаборатории Цзиньпин», — пояснили исследователи. «В дополнение к уникальному звездному времени мы также рассмотрели характерное распределение высокой энергии отдачи событий. Эти две отличительные особенности используются для подавления фона и повышения чувствительности сигнала». Во-первых, команда сделала ряд теоретических соображений. В частности, они тщательно рассмотрели распределение темной материи и космических лучей в нашей галактике, используя ряд теоретических моделей. «Мы смоделировали распространение темной материи на Земле, используя полный метод моделирования Монте-Карло, включая подробный профиль горы Цзиньпин», — говорится в сообщении коллаборации PandaX-II. «Чтобы избежать систематической неопределенности, связанной с некогерентным и неупругим рассеянием через Землю, мы установили отсечку энергии на уровне 200 МэВ, что привело к консервативному и надежному исключению».
|
|
|
|
Недавний анализ, проведенный этой группой исследователей, может внести значительный вклад в поиски темной материи с энергией менее ГэВ. Фактически, их результаты значительно расширяют диапазон исследуемых параметров для темной материи с 0,1 МэВ до ГэВ, охватывая важный тип взаимодействий темной материи и нуклонов, который ранее был недоступен для астрофизических и космологических исследований. Используя ту же экспериментальную установку и наборы данных, которые использовались в их предыдущих анализах, команде удалось получить дополнительную информацию, в конечном итоге расширив «территорию», изучаемую экспериментами, направленными на непосредственное обнаружение темной материи. В настоящее время коллаборация PandaX проводит новый эксперимент, известный как эксперимент PandaX-4T. Команда планирует провести дальнейший анализ вновь собранных данных. «Ожидается, что этот новый эксперимент улучшит экспозицию более чем на порядок и значительно уменьшит фон», — добавили исследователи. «В наших следующих исследованиях мы будем использовать новые данные для дальнейшего повышения чувствительности обнаружения легкой темной материи с помощью механизма ускорения космическими лучами. Мы также будем активно искать уникальные каналы, чтобы максимально использовать наши данные для поиска новой физики. явления вообще».
|
|
|
|
Источник
|
