• Home
  • Química
  • Astronomía
  • Energía
  • Naturaleza
  • Biología
  • Física
  • Electrónica
  •  science >> Ciencia >  >> Física
    La investigación identifica las limitaciones de detección de fotones oscuros

    Dibujo esquemático del futuro experimento CDEX-100. Crédito:She et al.

    Las observaciones cosmológicas y astrofísicas pasadas sugieren que más de una cuarta parte de la densidad de energía del universo está compuesta por un tipo de materia no convencional conocida como materia oscura. Se cree que este tipo de materia está compuesto por partículas que no absorben, emitir o reflejar luz, y por lo tanto no se puede observar directamente usando métodos de detección convencionales.

    Investigadores de todo el mundo han realizado estudios destinados a detectar materia oscura en el universo, todavia esta muy lejos, ninguno de ellos ha tenido éxito. Incluso el candidato preferido para la materia oscura, partículas masivas de interacción débil (WIMP), aún no se han observado experimentalmente.

    La colaboración de China Dark Matter Experiment (CDEX), un gran equipo de investigadores de la Universidad de Tsinghua y otras universidades de China, ha realizado recientemente una búsqueda de un posible candidato de materia oscura diferente conocido como fotón oscuro. Si bien la búsqueda no tuvo éxito, su papel, publicado en Cartas de revisión física , identifica nuevas limitaciones en un parámetro de fotones oscuros que podrían informar estudios futuros.

    "El fotón oscuro, una hipotética partícula invisible, es un candidato atractivo a la materia oscura, que también podría ser un nuevo mediador de interacción entre la materia oscura y la materia normal, "Qian Yue, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "El estudio y la detección de la materia oscura pueden contribuir a la extensión del modelo estándar (SM) de la física de partículas y ampliar nuestro conocimiento del universo".

    La colaboración CDEX ha estado realizando búsquedas de materia oscura clara desde hace algún tiempo, utilizando un detector de germanio de contacto puntual tipo p de 10 kg instalado en el laboratorio subterráneo de China Jinping (CJPL). CJPL es la instalación de investigación subterránea más profunda del mundo, con un sobrecargo rocoso de 2400 metros.

    Dibujo esquemático de la configuración experimental de CDEX-10 con cadena de detectores. Crédito:She et al.

    El detector utilizado por los investigadores consta de tres cadenas de detectores de germanio de tres elementos, rodeado de 20 cm de espesor, alta pureza, cobre sin oxígeno, que actúa como un escudo pasivo contra la radiactividad ambiental. Este instrumento se sumerge directamente en nitrógeno líquido para mantener temperaturas relativamente frías.

    "Los fotones oscuros se pueden detectar experimentalmente mediante su absorción y conversión a electrones en los detectores de germanio en un proceso análogo al efecto fotoeléctrico de los fotones SM, "Yue explicó." Fuentes de fotones intensos, p.ej., el sol, proporcionan una excelente plataforma para buscar fotones oscuros. En un rango de 100 eV, el umbral de baja energía de los detectores de germanio de contacto puntual es especialmente adecuado para los estudios de fotones oscuros ".

    En su artículo reciente, Yue y sus colegas analizaron los datos recopilados con el detector en CJPL entre febrero de 2017 y agosto de 2018, buscando fotones oscuros solares y fotones oscuros, dos candidatos a materia oscura. Si bien los investigadores no pudieron observar señales que apuntaran a ninguno de estos candidatos, lograron establecer restricciones en el parámetro de mezcla cinética efectiva entre fotones oscuros y fotones SM.

    "Como un candidato atractivo para la materia oscura y un nuevo posible mediador de interacción entre la materia oscura y la materia normal, el fotón oscuro es atractivo para más esfuerzos teóricos y experimentales, Yue dijo:"Nuestro trabajo ha probado un nuevo espacio de parámetros y ha establecido los límites más estrictos para los fotones oscuros solares entre los experimentos de detección directa".

    El estudio reciente llevado a cabo por Yue y sus colegas proporciona algunos comentarios nuevos y valiosos que podrían informar futuras búsquedas de materia oscura. particularmente para fotones oscuros. Es más, su trabajo refuerza el interés mundial actual en explorar otros candidatos a materia oscura, yendo más allá de los WIMP y su canal de detección de dispersión elástica con el núcleo.

    "Para seguir avanzando en la búsqueda de materia oscura clara, reinstalaremos la matriz de detectores CDEX-10 en una nueva, tanque criogénico de nitrógeno líquido más grande con un volumen de aproximadamente 1700 m 3 en el Hall-C del nuevo laboratorio CJPL-II en los próximos dos años, donde el nitrógeno líquido de 6 metros de espesor proporciona protección contra la radiactividad ambiental, "Yue dijo." Detectores de germanio adicionales, hasta unos 100 kg, están planificados para su despliegue en el crio-tanque con un fondo reducido y una mayor eficiencia de detección ".

    © 2020 Science X Network




    © Ciencia https://es.scienceaq.com