La recherche de la matière noire est très excitante. Littéralement, c’est une balle dans le noir. Bien que les scientifiques en soient convaincus matière noire C’est là – parce que toute la matière normale de l’univers ne peut pas expliquer comment les galaxies se rejoignent – ils ne savent pas ce que c’est. Ils ne savent pas non plus vraiment où il se trouve (bien qu’ils aient quelques idées). Ils ne savent certainement pas à quoi ça ressemble.
Cependant, la communauté des physiciens tient à enquêter sur cette particule insaisissable, car le côté obscur de notre univers représente un pourcentage alarmant de 95 % de notre univers quand cela compte. énergie noireune force invisible qui accélère l’expansion de l’espace.
Mais comment analyser quelque chose sans vraiment savoir quoi analyser ? Eh bien, il y a un moyen. Bien que nous ne sachions pas encore ce qu’est la matière noire, les scientifiques pourraient lentement découvrir ce qu’elle n’est pas.
C’est ce qu’ont fait récemment plusieurs chercheurs dédiés à l’étude en filtrant les données captées par des détecteurs enfouis au plus profond d’une mine du Minnesota. Bien qu’ils n’aient trouvé aucune preuve de matière noire, ils disent avoir fixé l’une des limites les plus étroites jamais connues pour détecter un jour ce phénomène. avoir un aperçu complet de leurs résultats publié En juin à la revue physique de D.
“Tout dépend de l’état d’esprit en science, où un résultat nul peut être tout aussi positif”, a déclaré Daniel Jardine, co-auteur de l’étude et chercheur postdoctoral à la Northwestern University, à Space.com. “De toute évidence, c’était cool de trouver de la matière noire, mais nous avons pu croiser une nouvelle partie de l’espace des paramètres de la matière noire.”
En rapport: Des photons “cachés” pourraient expliquer la mystérieuse matière noire
Cette dernière découverte concerne la collaboration Super Cryogenic Dark Matter Search (SuperCDMS), dont Jardin est membre.
En bref, l’équipe a conclu que le détecteur expérimental SuperCDMS peut désormais exclure les particules de matière noire jusqu’à environ Environ un cinquième de la masse d’un proton – et peut-être même moins de masse.
“J’ai toujours aimé chasser l’inconnu, et c’est aussi grand que possible”, déclare Jardine. “Je suis très heureux que ma carrière m’ait amené ici, et aussi courte soit-elle, je peux toujours dire que ce résultat est le meilleur au monde jusqu’à ce qu’un autre essai suive inévitablement.”
Attendez, qu’est-ce que SuperCDMS ?
Pour capturer des preuves de particules de matière noire, la collaboration SuperCDMS a travaillé avec une expérience également connue sous le nom de SuperCDMS.
L’expérience exploite essentiellement la puissance du détecteur pour déterminer si et quand des particules de matière noire (quelles qu’elles soient) entrent en collision avec les noyaux atomiques de matériaux intégrés dans le détecteur lui-même, en particulier le germanium ou le silicium.
“Je m’intéresse à l’espace extra-atmosphérique depuis que je suis enfant parce que tout sur Terre semble si petit et insignifiant”, explique Jardine. “Ensuite, j’ai découvert la matière noire et je ne pouvais pas croire que toutes les étoiles, les galaxies et les choses que nous voyons dans le ciel nocturne représentent moins de 5% de l’univers.”
Devenant un peu plus technique, SuperCDMS peut déterminer si ces particules de matière noire sont impliquées dans ce que l’on appelle des “collisions élastiques”. S’ils le faisaient, ce qui se passerait, c’est que quelle que soit l’énergie perdue par la particule de matière noire lors de sa séparation, elle serait transférée au mouvement du noyau atomique affecté. À leur tour, les deux bits rebondiront.
Ce serait comme si deux boules de billard se heurtaient pour rebondir légèrement vers l’arrière sur la table, a déclaré le co-auteur de l’étude, Noah Korinsky, scientifique au National Accelerator Laboratory du SLAC.
Mais voici la chose.
SuperCDMS n’a apparemment pas encore découvert la collision élastique – selon Jardin, nous en avons entendu parler maintenant qu’une telle découverte est susceptible d’entraîner un prix Nobel. Mais cette équipe de recherche, dont Rob Calkins, professeur assistant de recherche à la Southern Methodist University, a posé une question intéressante.
Et si SuperCDMS attrape un autre type de crash que personne n’a recherché jusqu’à présent ? Plus précisément, les collisions inélastiques.
Compte tenu de ces nouvelles découvertes, ils ont dû trouver quelque chose.
“La recherche de collisions élastiques reste un moteur clé de SuperCDMS, mais voir des collisions inélastiques a ouvert la voie à des espaces de paramètres de matière noire qui étaient auparavant insensibles dans les expériences”, a expliqué Jardine.
Les collisions inélastiques de matière noire peuvent se produire de deux manières. Le premier, selon l’équipe, concerne quelque chose qui s’appelle rayonnement de freinage radiasi. Dans le détecteur, si ces types de collisions inélastiques se produisent, les particules de matière noire transfèrent une partie de leur énergie aux particules lumineuses, ou photons, au lieu de simplement rebondir comme dans l’exemple de la boule de billard.
Alors que, d’autre part, les collisions inélastiques peuvent se produire à travers quelque chose appelé effet midgal. Si cette décharge se produisait, une particule de matière noire frappant le noyau provoquerait le déplacement du noyau, perturbant la distribution du nuage d’électrons. Après être retournés à leur lieu d’origine, certains des électrons en circulation seront supprimés.
Au risque de simplifier à l’excès, cela signifie que l’équipe recherche des signaux SuperCDMS provenant de photons volants ou de hardcore mono-électronique.
“Ce n’est pas aussi facile que de compter”, a déclaré Jardine. “Cette analyse utilise la forme spectrale pour modéliser le profil d’intensité du signal ainsi que certaines sources de fond connues.”
Et après tout cela, la recherche n’a donné aucun résultat – mais l’histoire ne s’est pas arrêtée là.
Jardin poursuit : « Ensuite, nous utilisons des statistiques pour répondre à la question : « Quelle est la probabilité que nous voyions un signal avec un bruit de fond connu ? Cette question est répétée des centaines de milliers de fois et il nous reste un espace de paramètres où nous devrions pouvoir voir le signal et nous ne le pouvons pas.
Il y a toujours une doublure argentée
“Il y a environ un milliard de particules de matière noire qui passent à côté de vous chaque seconde, mais elles interagissent si rarement que vous ne pouvez pas le dire”, a déclaré Jardine. “Nous recherchons une opportunité d’interaction de 1 sur un milliard de milliards de milliards de milliards.”
Bien que ce billet d’or n’ait pas été retrouvé, une autre forme de trésor a été révélée.
Surtout, toutes les études statistiques sur le signal SuperCDMS ont finalement donné à l’équipe ses conclusions sur la potentielle limite de faible masse des particules de matière noire.
« D’autres expériences sur la matière noire qui n’étaient pas aussi sensibles que la matière noire de faible masse de SuperCDMS pour les collisions élastiques ont publié des analyses similaires qui élargissent leur portée et uniformisent les règles du jeu. En lisant cela, nous nous sommes demandé jusqu’où nous pourrions aller si nous utilisions la même méthode”, a déclaré Jardine.
De plus, a-t-il expliqué, l’équipe a également “ajouté plus d’analyses telles que des statistiques plus complexes et l’inclusion des interactions avec la Terre”.
Oui, la Terre
Peut-être encore plus impressionnant est la façon dont l’équipe a tout expliqué AtterrirSa position dans l’espace peut affecter ces signaux de matière noire.
Comme ils l’ont souligné, si la matière noire interagit suffisamment avec les objets, elle est susceptible d’interagir avec tout ce qui se trouve sur son chemin vers nos minuscules détecteurs terrestres sous notre sol. Une des choses qui est prête à interagir est l’atmosphère de notre planète.
L’équipe a estimé que si les particules de matière noire interagissaient avec notre atmosphère, le bouclier planétaire capterait une partie de l’énergie de la particule au moment où nous capterions le signal.
“On pense que la matière noire est plus ou moins omniprésente dans une grande sphère autour de la galaxie”, a déclaré Jardine. Notre système solaire est dans un bras en spirale voie Lactée Autrement dit, la terre tourne autour du soleil et la terre tourne sur elle-même. Ce mouvement astronomique signifie que la Terre traverse une mer de particules de matière noire, mais de notre point de vue, les particules de matière noire semblent constamment bombarder la Terre et nos détecteurs.
Ce faisant, les chercheurs ont réalisé qu’il y avait probablement une limite d’énergie supérieure que ces particules de matière noire interactives pouvaient pénétrer – si elles étaient réactives, c’est-à-dire.
En modélisant des choses comme la densité de l’atmosphère terrestre, en travaillant avec des géologues pour savoir quel type de roche se trouve au-dessus de la mine du Minnesota où SuperCDMS est enterré et de nombreuses autres variables, ils ont découvert la limite supérieure de l’énergie de la matière noire.
“Lorsque vous insérez une ligne dans certaines données, il y a deux paramètres : la régression et l’interception”, explique Jardine. “Dans cette analyse, nous avons plus de 50 critères qui correspondent ensemble.”
Quant à la suite, Jardine dit que cette réduction à la Sherlock Holmes se poursuivra. Et si l’un d’entre eux vous vient à l’esprit, mettez l’accent sur une façon visuelle de regarder le score d’une équipe qui met les choses en perspective.
“Ce résultat – la ligne noire – laisse un nouvel espace de paramètres auquel personne d’autre n’a eu accès auparavant, mais il y a plus d’espace ouvert sur la gauche, moins de blocs de haut en bas, ce qui signifie moins d’opportunités d’interaction”, dit-il. Cela devient de plus en plus difficile à étudier, mais les physiciens de la matière noire sont intelligents.
Ce chasseur de matière noire a définitivement atteint les étoiles et a fait un atterrissage en douceur sur la lune.
2023-08-21 16:31:40
1692638675
#Nous #savons #toujours #pas #quest #matière #noire #mais #voici #nous #savons
