Kredit gambar: Fermilab
Dengan data pertama dari observatorium bawah tanah mereka di Minnesota Utara, para saintis Cryogenic Dark Matter Search telah mengintip dengan kepekaan yang lebih besar daripada sebelumnya ke alam yang disyaki WIMPS. Penglihatan Partikel Massa Berinteraksi Lemah dapat menyelesaikan misteri ganda bahan gelap pada skala kosmik dan supersimetri pada skala subatom.
Hasil CDMS II, yang dijelaskan dalam makalah yang diserahkan kepada Physical Review Letters, menunjukkan dengan pasti 90 peratus bahawa kadar interaksi WIMP dengan jisim 60 GeV mestilah kurang dari 4 x 10-43 cm2 atau kira-kira satu interaksi setiap 25 hari per kilogram germanium, bahan dalam alat pengesan eksperimen. Hasil ini memberitahu para penyelidik lebih banyak daripada yang pernah mereka ketahui sebelumnya mengenai WIMPS, jika ada. Pengukuran dari pengesan CDMS II sekurang-kurangnya empat kali lebih sensitif daripada pengukuran sebelumnya yang terbaik yang ditawarkan oleh eksperimen EDELWEISS, eksperimen Eropah bawah tanah berhampiran Grenoble, Perancis.
"Fikirkan kepekaan yang lebih baik ini seperti teleskop baru dengan diameter dua kali dan dengan itu empat kali koleksi cahaya dari yang ada sebelumnya," kata jurucakap CDMS II Blas Cabrera dari Stanford University. "Kami sekarang dapat mencari isyarat yang hanya seperempat yang terang seperti yang pernah kita lihat sebelumnya. Selama beberapa tahun akan datang, kami berharap dapat meningkatkan kepekaan kami dengan faktor 20 atau lebih. "
Hasilnya dibentangkan pada Mesyuarat Persatuan Fizikal Amerika pada 3 dan 4 Mei di Denver oleh Harry Nelson dan pelajar siswazah Joel Sanders, keduanya dari University of California-Santa Barbara, dan oleh Gensheng Wang dan Sharmila Kamat dari Case Western Universiti Rizab.
"Kami tahu bahawa tidak ada Model Fizik partikel atau model kosmos kita yang lengkap," kata jurucakap CDMS II, Bernard Sadoulet dari University of California di Berkeley. "Bahagian yang hilang ini nampaknya sesuai dengan kedua teka-teki. Kami melihat bentuk yang sama dari dua arah yang berbeza. "
WIMP, yang tidak dikenakan caj, adalah kajian yang bertentangan. Walaupun ahli fizik mengharapkan mereka mempunyai sekitar 100 kali jisim proton, sifat hantu mereka memungkinkan mereka menyelinap melalui perkara biasa tanpa meninggalkan jejak. Istilah "lemah berinteraksi" tidak merujuk kepada jumlah tenaga yang tersimpan ketika mereka berinteraksi dengan bahan normal, tetapi pada kenyataan bahawa mereka berinteraksi sangat jarang. Sebenarnya, sebanyak seratus bilion WIMP mungkin telah mengalir ke seluruh badan anda semasa anda membaca beberapa ayat pertama ini.
Dengan 48 saintis dari 13 institusi, ditambah 28 kakitangan kejuruteraan, teknikal dan pentadbiran yang lain, CDMS II beroperasi dengan pembiayaan dari Pejabat Sains Jabatan Tenaga A.S., dari Bahagian Astronomi dan Fizik Yayasan Sains Nasional dan dari institusi anggota. Laboratorium Pemecut Nasional Fermi DOE menyediakan pengurusan projek untuk CDMS II.
"Sifat materi gelap adalah asas bagi pemahaman kita tentang pembentukan dan evolusi alam semesta," kata Dr Raymond L. Orbach, Pengarah Pejabat Sains DOE. "Eksperimen ini tidak akan berjaya tanpa kerjasama aktif Pejabat Sains DOE dan Yayasan Sains Nasional."
Michael Turner, Penolong Pengarah Sains Matematik dan Fizik di NSF, menggambarkan bahawa mengenal pasti unsur zat gelap sebagai salah satu cabaran besar dalam astrofizik dan fizik zarah.
"Bahan gelap menyatukan semua struktur di alam semesta-termasuk Bima Sakti kita sendiri-dan kita masih tidak tahu apa yang terbuat dari bahan gelap," kata Turner. "Hipotesis kerja adalah bahawa ia adalah bentuk jirim yang baru - yang, jika betul, akan menerangkan cara kerja dalaman dan zarah unsur. Dalam mencari jalan keluar teka-teki penting ini, CDMS kini berada di kepala kumpulan, dengan faktor 20 kepekaan lain masih akan datang. "
Bahan gelap di alam semesta dikesan melalui kesan graviti pada semua skala kosmik, dari pertumbuhan struktur di alam semesta awal hingga kestabilan galaksi hari ini. Data kosmologi dari banyak sumber mengesahkan bahawa jirim gelap yang tidak dapat dilihat ini berjumlah lebih dari tujuh kali jumlah jirim yang kelihatan biasa yang membentuk bintang, planet dan objek lain di alam semesta.
"Sesuatu di luar sana membentuk galaksi dan menyatukannya hari ini, dan ia tidak memancarkan atau menyerap cahaya," kata Cabrera. "Jisim bintang di galaksi hanya 10 persen dari massa seluruh galaksi, jadi bintang-bintang itu seperti lampu pokok Krismas yang menghiasi ruang tamu rumah gelap yang besar."
Ahli fizik juga percaya bahawa WIMP boleh menjadi zarah subatomik yang belum diketahui yang disebut neutralinos. Ini akan menjadi bukti teori supersimetri, memperkenalkan fizik baru yang menarik di luar Model Standard partikel dan daya asas hari ini.
Supersimetri meramalkan bahawa setiap zarah yang diketahui mempunyai pasangan supersimetri dengan sifat pelengkap, walaupun belum ada pasangan yang diperhatikan. Walau bagaimanapun, banyak model supersimetri meramalkan bahawa zarah supersimetri paling ringan, yang disebut neutralino, mempunyai jisim sekitar 100 kali daripada proton.
"Ahli teori menemui semua yang disebut 'rakan supersimetri' dari zarah-zarah yang diketahui untuk menjelaskan masalah pada skala jarak terkecil," kata Dan Akerib dari Case Western Reserve University. "Dalam salah satu hubungan menarik yang sangat besar dan sangat kecil, yang paling ringan dari pasangan super ini mungkin merupakan teka-teki yang hilang untuk menjelaskan apa yang kita perhatikan pada skala jarak yang paling besar."
Pasukan CDMS II mempraktikkan "astronomi bawah tanah," dengan alat pengesan zarah yang terletak hampir setengah batu di bawah permukaan bumi di bekas lombong besi di Soudan, Minnesota. Kerak bumi seluas 2,341 kaki melindungi sinar kosmik dan zarah latar belakang yang dihasilkannya. Pengesannya diperbuat daripada kristal semikonduktor germanium dan silikon, dengan sifat yang serupa. Pengesan didinginkan dalam sepersepuluh dari darjah sifar mutlak, sehingga sejuk sehingga pergerakan molekul menjadi tidak dapat dielakkan. Pengesan secara serentak mengukur cas dan getaran yang dihasilkan oleh interaksi zarah dalam kristal. WIMPS akan memberi isyarat kehadiran mereka dengan melepaskan lebih sedikit cas daripada zarah lain untuk jumlah getaran yang sama.
"Pengesan kami bertindak seperti teleskop yang dilengkapi dengan penapis yang membolehkan para astronom membezakan satu warna cahaya dengan yang lain," kata pengurus projek CDMS II Dan Bauer dari Fermilab. "Hanya, dalam kes kami, kami berusaha menyaring partikel konvensional yang memihak kepada WIMPS bahan gelap."
Ahli fizik Earl Peterson dari University Minnesota mengawasi Makmal Bawah Tanah Soudan, juga tempat percubaan neutrino garis dasar Fermilab, Pencarian Penyuntik Utama Penyuntik Neutrino.
"Saya gembira dengan hasil baru yang signifikan dari CDMS II, dan saya mengucapkan tahniah atas kerjasama ini," kata Peterson. "Saya gembira kerana kemudahan Makmal Soudan menyumbang kepada kejayaan CDMS II. Dan saya sangat gembira kerana kerja Fermilab dan University of Minnesota dalam memperluas Makmal Soudan telah menghasilkan fizik baru yang hebat. "
Semasa CDSMII mencari WIMP selama beberapa tahun akan datang, sama ada perkara gelap alam semesta kita akan ditemui, atau sebilangan besar model supersimetri akan dikecualikan dari kemungkinan. Bagaimanapun, eksperimen CDMS II akan memainkan peranan utama dalam meningkatkan pemahaman kita mengenai fizik zarah dan kosmos.
Institusi kolaborasi CDMS II merangkumi Universiti Brown, Universiti Western Case, Makmal Pemecut Nasional Fermi, Makmal Nasional Lawrence Berkeley, Institut Standard dan Teknologi Nasional, Universiti Princeton, Universiti Santa Clara, Universiti Stanford, Universiti California-Berkeley, the University of California-Santa Barbara, University of Colorado di Denver, University of Florida, dan University of Minnesota.
Fermilab adalah makmal kebangsaan DOE Office of Science yang dikendalikan berdasarkan kontrak oleh Universities Research Association, Inc.
Sumber Asal: Siaran Berita Fermilab
