Një sinjal i famshëm i lëndës së errët ka të ngjarë të vijë nga diçka tjetër

Fizikanët janë përpjekur për disa vite që të kontrollojnë dyfish një sinjal nga një eksperiment i varrosur në një mal italian – një sinjal që dukej shumë si një i dyshuar për lëndë të errët i njohur si WIMP. Përpjekjet e mëparshme për të parë atë sinjal me projekte të tjera kishin rënë, dhe tani, eksperimenti më i ngjashëm me atë origjinal ka publikuar rezultatet e tij: Edhe ai nuk gjeti asgjë.

Askush nuk e di se çfarë është materia e errët – është një term mbajtës i vendndodhjes që përdoret për të përshkruar gjërat e padukshme që mund t’i zbulojmë vetëm nëpërmjet gravitetit të saj – por një kandidat për të shpjeguar lëndën e errët quhet WIMP, ose Grimcat masive ndërvepruese të dobëta. Ideja është se disa grimca nënatomike kanë masë, por ndërveprojnë aq dobët me materien e zakonshme, saqë ne ende nuk i kemi zbuluar ato. Njerëzit kryesisht kërkojnë për WIMP duke vendosur detektorë jashtëzakonisht të ndjeshëm thellë në tokë, ku ata mbrohen nga shumë prej ndikimeve që mund të prodhojnë sinjale mashtruese.

Eksperimenti që supozohet se zbuloi një sinjal WIMP në 2017 është eksperimenti DAMA/LIBRA. DAMA/LIBRA përdor kristalet e jodur natriumi si objektiva për lëndën e errët; ideja është që nëse lënda e errët kalon nëpër kristalet, ata do të ngacmohen dhe do të bëhen pak më të shndritshëm. Eksperimente të tjera që kërkojnë për WIMP me mjete të tjera, si XENON1T në Itali dhe XMASS-I në Japoni, nuk kanë qenë në gjendje të gjejnë sinjalin që DAMA/LIBRA po sheh.

Hyni në eksperimentin COSINE-100, i cili bazohet në një laborator 2300 metra nën tokë në Korenë e Jugut. COSINE-100 përdor mbi 200 paund të të njëjtit objektiv të jodur natriumi, duke e bërë atë një imitues të mirë të DAMA/LIBRA. COSINE-100 ka kërkuar për një sinjal WIMP që nga viti 2016. Kërkimi i tij i parë doli zilch. Kërkimi i tij i radhës, rezultatet e të cilit janë publikuar sot në Science Advances, u zhvillua nga tetori 2016 deri në korrik 2018. Ekipi COSINE-100 raportoi se ata gjetën po aq pak sa gjetën herën e kaluar, gjë që mund të nënkuptojë fundin e rrugës për rezultatet e diskutueshme DAMA/LIBRA.

“Ekipi ynë zbuloi se ajo që vëzhgoi DAMA nuk mund të ishte materia e errët sipas supozimeve më themelore se si ne mendojmë se WIMP-të duhet të ndërveprojnë me materien e zakonshme,” tha për Gizmodo Reina Maruyama, një fizikan në Universitetin Yale dhe një bashkëautore e punimit të fundit. në një email. “Ne nuk e kemi testuar ende fuqishëm vëzhgimin e DAMA-s për modulimin vjetor, për të cilin DAMA argumenton se është për shkak të materies së errët. Ky është fokusi ynë i radhës.”

DAMA/LIBRA përdor një qasje të ndryshme në përpjekje për të zbuluar lëndën e errët sesa shumica e eksperimenteve. Ndërsa konfigurimet e tjera ose kërkojnë për grimca të materies së errët duke përplasur grimca të njohura ose duke kërkuar për një sinjal sfondi, DAMA/LIBRA ka vëzhguar modulimin e rregullt të disa sinjaleve të pashpjegueshme që Toka ka marrë në sasi të ndryshme, në varësi të mënyrës se si është orientuar, që nga fillimi i eksperimentit. operacion në vitin 2003. Projektet e tjera nuk kanë arritur të shohin të njëjtin sinjal, i cili është në brezin e rrezeve X të spektrit elektromagnetik. Por, ndoshta për shkak të mënyrës sesi eksperimenti menaxhon zhurmën e tij, siç raportohet nga Ethan Siegel në Forbes, njerëzit e DAMA/LIBRA mund të kenë parë një sinjal ku nuk kishte asnjë për të filluar.

Gazeta COSINE-100 “nuk e ndryshon aspak hetimin e lëndës së errët”, tha zëdhënësja e DAMA/LIBRA Rita Bernabei, një fizikan në Institutin Kombëtar të Fizikës Bërthamore të Italisë dhe Universitetin e Romës Tor Vergata. “Duke marrë parasysh se kaq shumë modele janë të mundshme në lidhje me aspektet e lidhura astrofizike, bërthamore dhe të fizikës së grimcave dhe pasiguritë e shumta ekzistuese mbi parametrat dhe supozimet e lidhura, një krahasim serioz është një punë mjaft e komplikuar dhe e pasigurt si nga pikëpamja eksperimentale ashtu edhe teorike.”

Bernabei theksoi se dy detektorët nuk janë të njëjtë dhe se metoda e ekipit COSINE-100 mund të prodhojë “pasiguri dhe paragjykime të mëdha”.

“Megjithëse rezultatet tona nuk favorizojnë interpretimin e materies së errët të DAMA duke supozuar modelin më të përdorur gjerësisht të materies së errët, ne nuk mund të themi se DAMA nuk është asgjë,” tha Hyun Su Lee, një bashkëautor i punimit të fundit dhe një fizikant në Qendër. për fizikë nëntokësore në Institutin për Shkenca Bazë në Korenë e Jugut.

Disa fizikanë, si Dan Hooper në Universitetin e Çikagos, mendojnë se eksperimenti më i ri ka bërë një punë të mirë për të treguar se eksperimenti DAMA/LIBRA nuk është mënyra se si ne do t’i gjejmë WIMP-të, nëse ato ekzistojnë.

“Pikëpamja ime është se gjatë 10-15 viteve të fundit, është bërë gjithnjë e më e vështirë të mendosh se sinjali i raportuar nga bashkëpunimi DAMA ishte me të vërtetë pasojë e grimcave të materies së errët. Njëri pas tjetrit, eksperimentet dolën me rezultate që nuk arritën të konfirmonin pretendimet e DAMA, “tha Hooper në një email. “Shumica e fizikantëve që njoh (përfshirë veten time) në thelb hoqën dorë nga kjo mundësi vite më parë.”

“Thënë kjo, ne të gjithë ramë dakord se do të ishte më bindëse nëse mund të kryhej një eksperiment që do të përdorte saktësisht të njëjtin lloj materiali objektiv që përdorte DAMA,” shtoi Hooper. “Eksperimenti COSINE është pikërisht ai, dhe fakti që ata nuk panë asgjë është me të vërtetë një gozhdë e madhe në arkivolin e interpretimeve të lëndës së errët të DAMA. Unë ende nuk e di se çfarë është ajo që po sheh DAMA – ndoshta është një sfond i çuditshëm, ose thjesht një gabim që ata kanë bërë disi. Por çfarëdo që po ndodh, duket se nuk ka asnjë lidhje me materien e errët.”

WIMP-të kanë humbur fuqinë si kandidati pararendës i lëndës së errët. Aksionet – grimcat shumë më të vogla – janë bërë një temë më e nxehtë vitet e fundit, madje edhe objekte të mëdha si vrimat e zeza primordiale mbeten një hipotezë në disa qarqe. Askush nuk ka qenë në gjendje të vërtetojë ndonjë zbulim të drejtpërdrejtë të lëndës së errët ende, por shumë eksperimente janë duke kërkuar në hapësira të ndryshme.

“Jam i emocionuar të shoh atë që gjejmë me eksperimentet e mëdha WIMP si XENONnT, LZ dhe SuperCDMS,” tha Maruyama. “Gjithashtu më duket bindëse axions dhe jam i emocionuar që po punoj në HAYSTAC dhe zgjerimet e tij. Me COSINE, ne mund të vazhdojmë të kërkojmë për WIMP dhe natyrisht, hapat e ardhshëm janë kryerja e testit përfundimtar të DAMA-modulimeve vjetore.” Modulimet vjetore janë vetë ai sinjal i çuditshëm, i cili zbehet dhe rrjedh gjatë rrjedhës së çdo viti. Vetëm për shkak se nuk është materie e errët nuk do të thotë se nuk është intriguese.

Në fizikë, gjetja e asgjëje mund të jetë po aq ndriçuese sa gjetja e diçkaje; në rastin e materies së errët, ajo mund t’u thotë shkencëtarëve se ata duhet të kërkojnë diku tjetër.