Dunkle Materie: Es ist unsichtbar, schwer fassbar, umstritten ... und es ist überall - Ja, im Universum, aber besonders in der Welt der Astrophysik, in der Forscher seit Jahrzehnten intensiv versuchen, ihre wahre Identität zu enthüllen.
Jetzt berichten Wissenschaftler des internationalen SuperCDMS-Experiments (Super Cryogenic Dark Matter Search) über den Nachweis eines Partikels, von dem angenommen wird, dass es dunkle Materie bildet: eines schwach wechselwirkenden massiven Partikels oder WIMP. Laut einer Pressemitteilung der Texas A & M University (deren Hochenergiephysiker Rupak Mahapatra ein Hauptforscher des Experiments ist) hat SuperCDMS ein WIMP-ähnliches Signal auf 3-Sigma-Ebene identifiziert, das eine Wahrscheinlichkeit von 99,8 Prozent für eine tatsächliche Entdeckung anzeigt - ein "konkreter Hinweis", wie er genannt wird.
"In der Hochenergiephysik wird eine Entdeckung nur bei 5-Sigma oder besser behauptet", sagte Mahapatra. „Das ist sicherlich sehr aufregend, aber im Vergleich nicht ganz überzeugend. Wir brauchen nur mehr Daten, um sicher zu sein. Im Moment müssen wir mit diesem verlockenden Hinweis auf eines der größten Rätsel unserer Zeit leben. “
Wenn dies tatsächlich ein WIMP ist, wird es das erste Mal sein, dass ein solches Teilchen direkt beobachtet wurde, was mehr Einblick in die Frage gibt, was dunkle Materie ist oder nicht.
WIMPs sind notorisch schwer fassbar und interagieren selten mit normaler Materie. Sie sind daher schwer zu erkennen. Wissenschaftler glauben, dass sie gelegentlich von Atomkernen abprallen oder sich wie Billardkugeln von Atomkernen zerstreuen und dabei eine kleine Menge Energie zurücklassen, die von Detektoren tief im Untergrund, Teilchenkollidern wie dem Large Hadron Collider am CERN und sogar Instrumenten im Weltraum wie dem verfolgt werden kann Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) auf der Internationalen Raumstation montiert.
Das CDMS-Experiment, das sich eine halbe Meile unter der Erde in der Soudan-Mine im Norden von Minnesota befindet und vom Fermi National Accelerator Laboratory des US-Energieministeriums verwaltet wird, sucht seit 2003 nach dunkler Materie. Das Experiment verwendet eine hochentwickelte Detektortechnologie und fortschrittliche Analyse Techniken, mit denen kryogen gekühlte Germanium- und Siliziumtargets (nahezu absolute Nulltemperatur bei -460 ° F) nach dem seltenen Rückstoß von Partikeln der dunklen Materie suchen können.
Diese neu angekündigte Erkennung stammt tatsächlich aus Daten, die in einer früheren Phase des Experiments erfasst wurden.
"Dieses Ergebnis stammt aus Daten, die vor einigen Jahren mit in Stanford hergestellten Siliziumdetektoren aufgenommen wurden und heute nicht mehr funktionieren", sagte Mahapatra. „Das zunehmende Interesse an der WIMP-Region mit geringer Masse hat uns motiviert, die Analyse der Exposition des Siliziumdetektors abzuschließen, die für WIMP-Massen über 15 Giga-Elektronenvolt weniger empfindlich als Germanium ist [eine GeVa entspricht einer Milliarde Elektronenvolt], aber empfindlicher für niedrigere Massen. Die Analyse ergab drei Ereignisse, und der geschätzte Hintergrund beträgt 0,7 Ereignisse. “
Obwohl Mahapatra sagt, dass das Ergebnis sicherlich ermutigend und einer weiteren Untersuchung wert ist, warnt er davor, dass es noch nicht als Entdeckung angesehen werden sollte.
"Wir sind nur zu 99,8 Prozent sicher, und wir wollen zu 99,9999 Prozent sicher sein", sagte Mahapatra. „Bei 3-Sigma hast du einen Hinweis auf etwas. Bei 4-Sigma haben Sie Beweise. Bei 5-Sigma hast du eine Entdeckung. “
"In der Medizin kann man sagen, dass Sie 99,8 Prozent der Fälle heilen, und das ist in Ordnung. Wenn Sie sagen, Sie haben eine grundlegende Entdeckung in der Hochenergiephysik gemacht, können Sie sich nicht irren. "
- Dr. Rupak Mahapatra, Hauptforscher von SuperCDMS, Texas A & M University
Die Zusammenarbeit wird diesen WIMP-Sektor weiterhin mit den operativen Germaniumdetektoren des SuperCDMS Soudan-Experiments untersuchen und erwägt, in zukünftigen Experimenten größere, fortschrittlichere 6-Zoll-Siliziumdetektoren zu verwenden, die am Department of Electrical Engineering von Texas A & M entwickelt wurden.
Das Team hat seine Ergebnisse in einem in arXiv veröffentlichten Artikel detailliert beschrieben, der schließlich in erscheinen wirdBriefe zur körperlichen Überprüfung. Mahapatra wird die Ergebnisse heute um 12 Uhr bekannt geben. CDT in einem Vortrag am Mitchell Institute for Fundamental Physics and Astronomy.
Quelle: Texas A & M University
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