Os cientistas estão confiantes de que a matéria escura existe porque os efeitos de sua gravidade pode ser visto na rotação de galáxias e nas curvas de luz maneira como ele viaja através do universo. Porque WIMPs são pensados para interagir com outro assunto só em ocasiões muito raras, eles ainda têm de ser detectada diretamente.
"E assim a busca continua", diz Dan McKinsey, professor de física da UC Berkeley e co-porta-voz da LUX, que também é uma filial com Berkeley Lab. "LUX, The Underground Xenon experimento matéria escura Grande, está mais uma vez na detecção de matéria escura Modo em Sanford Lab. A última corrida começou no final de 2014 e deverá continuar até junho de 2016. Esta corrida vai representar um aumento na exposição de mais de quatro vezes em relação ao nosso anterior 2.013 prazo. Nós vamos ser muito animado para ver se algum partículas de matéria escura têm se mostrado nos novos dados ". McKinsey, anteriormente na Universidade de Yale, juntou UC Berkeley e Berkeley Lab em julho, acompanhado por membros de sua equipe de pesquisa.
LUX, que opera quase um metro milha no Centro de Sanford Metro de Investigação (SURF) no Black Hills de Dakota do Sul, tem provado ser o detector mais sensível em busca de matéria escura, o material invisível que se acredita representam a maior parte do matéria no universo. Agora, um novo conjunto de técnicas de calibração utilizados pelos cientistas LUX tornou a aumentar dramaticamente a sensibilidade do detector.
Pesquisadores com LUX está procurando WIMPs, ou fracamente interagindo partículas massivas, que estão entre os principais candidatos para a matéria escura. "Nós melhoramos a sensibilidade do LUX por mais de um fator de 20 para partículas de baixa massa de matéria escura, aumentando significativamente a nossa capacidade de olhar para os fracos", disse Rick Gaitskell, professor de física na Universidade de Brown e co-porta-voz da LUX experimentar. "É vital que continuemos a empurrar as capacidades do nosso detector na busca dos indescritíveis partículas de matéria escura", disse Gaitskell.
Melhorias LUX, juntamente com simulações computacionais avançados do Departamento de US de Energia Lawrence Berkeley National Laboratory 's (Berkeley Lab) Nacional de Energia Investigação Científica Computing Center (NERSC) e centro de universidade de Brown de Computação e Visualização (CCV), permitiram aos cientistas testar modelos de partículas adicionais de matéria escura que agora podem ser excluídos da pesquisa. NERSC também armazena grandes volumes de dados LUX - medido em trilhões de bytes, ou terabytes - e Berkeley Lab tem um papel crescente na colaboração LUX.
"Nós olhamos para partículas de matéria escura durante a primeira execução do experimento de três meses, mas estão explorando novas técnicas de calibração melhor fixando-se como eles iriam aparecer para o nosso detector", disse Alastair Currie, do Imperial College London, um pesquisador LUX. "Estas calibrações aprofundaram nosso entendimento da resposta de xenon à matéria escura, e de fundos. Isto permite-nos procurar, com maior confiança, para as partículas que não tinha conhecido anteriormente seria visível para LUX."
A nova pesquisa é descrita em um artigo submetido à Physical Review Letters. O trabalho faz uma releitura dos dados recolhidos durante a primeira corrida do LUX de três meses em 2013 e ajuda a descartar a possibilidade de detecções de matéria escura em faixas de baixa massa onde outros experimentos já havia reportado anteriormente potenciais detecções.
LUX consiste de um terço tonelada de xenônio líquido cercado com detectores de luz sensíveis. Ele é projetado para identificar as raras ocasiões em que uma partícula de matéria escura colide com um átomo de xenônio dentro do detector. Quando ocorre uma colisão, um átomo de xénon vai recuar e emitem um pequeno raio de luz, que é detectada por sensores de luz de lux. A localização do detector em Sanford Lab debaixo de uma milha de rocha ajuda a protegê-lo dos raios cósmicos e outras radiações que possam interferir com um sinal de matéria escura.
Até agora LUX não detectou um sinal de matéria escura, mas a sua sensibilidade apurada permitiu aos cientistas para todos, mas descarta a vasta massa varia onde podem existir partículas de matéria escura. Estas novas calibrações aumentar essa sensibilidade ainda mais.
Uma técnica de calibração nêutrons usado como stand-ins para partículas de matéria escura. Saltando nêutrons fora os átomos de xenônio permite aos cientistas quantificar a forma como o detector LUX responde ao processo de recuo.
"É como um jogo gigante de piscina com um nêutron como a bola branca e os átomos de xenônio como as listras e sólidos", disse Gaitskell. "Nós podemos controlar o nêutron para deduzir os detalhes do recolhimento xenon, e calibrar a resposta da LUX melhor do que qualquer coisa era possível anteriormente."
A natureza da interação entre nêutrons e átomos de xenônio é pensado para ser muito semelhante à interação entre matéria escura e xenon. "É só que partículas de matéria escura interagir muito mais fracamente - cerca de um milhão de milhões de milhões de milhões de vezes mais fraco", disse Gaitskell.
Os experimentos de nêutrons ajudar a calibrar o detector para interacções com o núcleo xenon. Mas os cientistas LUX também calibrou a resposta do detector para a deposição de pequenas quantidades de energia por elétrons atômicos atingidas. Isso é feito através da injeção de metano tritiada - um gás radioactivo - no detector.
"Em uma corrida típica ciência, mais do que LUX vê são eventos fundo de recuo de elétrons", disse Carter Salão um professor da Universidade de Maryland. "Os isótopos tritiados metano é uma fonte conveniente de eventos similares, e temos agora estudou centenas de milhares de seus decaimentos em LUX. Isso nos dá confiança de que não vamos confundir esses eventos jardim-variedade de matéria escura."
Outro gás radioativo, krypton, foi injetado para ajudar os cientistas a distinguir entre sinais produzidos por radioactividade ambiente e um sinal de potencial de matéria escura.
"O criptônio mistura uniformemente na xenon líquido e emite radiação com um conhecido, energia específica, mas, em seguida, rapidamente decai a uma forma estável, não-radioativo", disse Dan McKinsey. Ao medir com precisão a luz ea carga produzida por essa interação, os pesquisadores podem efetivamente filtrar eventos de fundo de sua busca.
"E assim a busca continua", disse McKinsey. "LUX é mais uma vez no modo de detecção de matéria escura em Sanford Lab. A última corrida começou no final de 2014 e deverá continuar até junho de 2016. Esta corrida vai representar um aumento na exposição de mais de quatro vezes em relação ao nosso anterior 2.013 prazo. Ficaremos muito animado para ver se quaisquer partículas de matéria escura têm se mostrado nos novos dados. " McKinsey, anteriormente na Universidade de Yale, juntou UC Berkeley e Berkeley Lab em julho, acompanhado por membros de sua equipe de pesquisa.
"E assim a busca continua", disse McKinsey. "LUX é mais uma vez no modo de detecção de matéria escura em Sanford Lab. A última corrida começou no final de 2014 e deverá continuar até junho de 2016. Esta corrida vai representar um aumento na exposição de mais de quatro vezes em relação ao nosso anterior 2.013 prazo. Ficaremos muito animado para ver se quaisquer partículas de matéria escura têm se mostrado nos novos dados. " McKinsey, anteriormente na Universidade de Yale, juntou UC Berkeley e Berkeley Lab em julho, acompanhado por membros de sua equipe de pesquisa.
A Sanford Lab é uma instalação de Dakota do Sul-propriedade. Homestake Mining Co. doou sua mina de ouro em chumbo para a Ciência e Tecnologia Autoridade Dakota do Sul (SDSTA), que reabriu a instalação, em 2007, com US $ 40 milhões em financiamento da Assembléia Legislativa do Estado de Dakota do Sul e uma doação de $ 70000000 filantropo T. Denny Sanford. O Departamento de Energia dos EUA (DOE) suporta operações de Sanford Lab.
A colaboração científica LUX, que é apoiado pelo DOE e da National Science Foundation (NSF), inclui 19 universidades e laboratórios de investigação nacionais nos Estados Unidos, o Reino Unido e Portugal.
"A busca global por matéria escura pretende responder a uma das maiores questões sobre a composição do nosso universo. Estamos orgulhosos de apoiar a colaboração LUX e felicitá-los na obtenção de um nível ainda maior de sensibilidade", disse Mike Headley, Diretor Executivo do SDSTA.
Planejamento para o experimento matéria escura próxima geração da Sanford Lab já está em andamento. No final de 2016 LUX serão desclassificadas para abrir caminho para um novo, muito maior detector de xénon, conhecido como o experimento LUX-ZEPLIN (LZ). LZ teria um alvo de xenônio líquido de 10 toneladas, o que irá caber dentro do mesmo tanque de 72.000 litros de água pura usada por LUX. Cientistas de Berkeley Lab terá importantes papéis de liderança na colaboração LZ.
"As inovações do experimento LUX formam a base para o experimento LZ, que está prevista para atingir mais de 100 vezes a sensibilidade de LUX. O experimento LZ é tão sensível que deve começar a detectar um tipo de neutrino originários da Sun que mesmo experimento ganhador do Prêmio Nobel Ray Davis 'na mina de Homestake foi incapaz de detectar ", segundo Harry Nelson da UC Santa Barbara, porta-voz para LZ.
O Galaxy diário via DOE / Lawrence Berkeley National Laboratory
Imagem topo de crédito da página: O Universo Escuro, através do Museu Americano de Hayden Planetarium de História Natural.
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