Numatomas naujas efektas, kuris yra svarbus bandymams interpretuoti tamsiosios medžiagos dalelių paiešką. • Igoris Ivanovas. • Mokslo naujienos apie "Elementus". • Fizika.

Numatomas naujas poveikis, svarbus interpretavimui eksperimentų, susijusių su tamsiosios medžiagos dalelių paieška

Pav. 1. Saulės gravitacinė atrakcija keičia tamsiosios dalelės koncentraciją už saulės. Tokia tamsiosios medžiagos dalelių gravitacinio fokusavimo forma gali paveikti sezoninį signalo moduliavimą, kurį aptiko pakankamai jautrus tamsiosios medžiagos detektorius. Vaizdas iš aptariamo straipsnio

Straipsnyje paskelbtas žurnalas Fizinės peržiūros raidės, prognozuojama, kad paprastas mechaninis poveikis – tamsiosios medžiagos dalelių gravitacinis fokusavimas saulėje – gali turėti įtakos tam tikrų eksperimentų aiškinimui juos rasti. Gali būti, kad eksperimentai su teigiamais rezultatais, kuriems daugelis fizikų yra skeptiški, gaus naują argumentą jų palaikymui.

Tamsiosios medžiagos dalelių paieška yra viena iš svarbiausių šiuolaikinės fizikos klausimų. Viena vertus, daugybė astrofizinių stebėjimų rodo, kad egzistuoja tamsi materija. Kita vertus, nepaisant daugybės bandymų ieškoti, vis dar nėra patikimo signalo, kuris būtų nepaneigiamas tokių dalelių registracijos įrodymas. Naujausioje naujienoje pateikiama trumpa dabartinės situacijos apžvalga. 2013 m. "LUX" eksperimentas dar neatskleidė tamsiosios medžiagos dalelių ir dalelių fizikos.

Šią padėtį dar labiau apsunkina tai, kad kai kuriuose eksperimentuose vis dar pasireiškia kažkas panaši į tamsią materiją; DAMA eksperimentas, kuriame po dešimties metų darbo poveikis jau pastebimas 9σ statistinio reikšmingumo lygiu, yra ypač akivaizdus. Tačiau šie ir kiti teigiami rezultatai prieštarauja naujausiems naujos kartos detektorių duomenims, todėl jie fizikų nesukuria pernelyg didelio entuziazmo. Nėra jokios abejonės dėl signalo, klausimas yra jo interpretacijoje. Tam pačiam bendradarbiavimui teigiamas signalas tariamai rodo tamsiosios medžiagos daleles, o kitiems mokslininkams – netikslius klaidų šaltinius.

Norint paaiškinti vaizdą – ne tik su DAMA, bet ir apskritai su dabartiniais ir galimais būsimais teigiamais signalais, astrofiziologai pageidautina kruopščiai suprasti, kokį poveikį ir kiek garantuoti galima prognozuoti signalui iš tamsios materijos. Vienas iš klasikinių efektų yra sezoninis moduliavimas registruotų įvykių skaičius. Požeminės tamsiosios medžiagos dalelių detektorius yra pasyvus stebėjimo įrankis.Santykinai kalbant, ją nuolat valdo "tamsiosios materijos" "kosminis vėjas", o fizikai tiesiog skaičiuoja, kiek kartų detektorius buvo įjungtas tam tikrą laiką. Atsakymų dažnis labai priklauso nuo to, kokie tikėtini savybių pačios dalelės, jų pasiskirstymas ir greičiai galaktikoje, atsižvelgiant į detektoriaus charakteristikas. Šios vertybės labai priklauso nuo teorinių modelių, todėl čia nėra vienareikšmių prognozių. Tačiau vienas dalykas apie juos yra gerai žinomas: jie nepriklauso nuo metų laiko.

Tačiau yra ir kito kiekio, kuris priklauso nuo to, tai greitis, kuriuo tamsiosios medžiagos dalelės sklinda į Žemę. Saulė juda galaktikoje per tamsios materijos debesį, o žemė juda aplink saulę (2 pav.). Jų greitis pridedamas kaip vektoriai, todėl galutinis greitis, per kurį Žemė plaukioja per tamsiosios medžiagos debesį, priklauso nuo sezono. Pagal standartinį halo modelį tamsiųjų dalelių dalims manoma, kad tamsioji medžiaga galaktikoje nesikeičia, o tai reiškia, kad saulė juda link šio debesies esant maždaug 220 km / s greičiui. Žemė juda ekkliptikos plokštumoje aplink Saulę greičiu apie 30 km / s.Dėl šios priežasties, birželio 2 d., Šie du greičiai susilygina ir duoda didžiausią vertę, o maždaug gruodžio 2 d. – minimalus. Taigi tariamas tamsiosios medžiagos dalelių greitis Žemės etaloninėje sistemoje sezono moduliacija.

Pav. 2 Tamsiosios dalelės "vėjo" sparta, "pūkuojanti" per Saulės sistemą, vystosi su Žemės sparta, todėl jų santykinis greitis keičiasi per metus. Vaizdas iš straipsnio K. Freese, M. Lisanti, Ch. Savage, 2013. Kolokviumas: kasmetinė tamsiosios medžiagos moduliacija

Kadangi detektoriaus atsako dažnis priklauso nuo šio greičio, reikėtų tikėtis, kad jis taip pat patirs sezoninius svyravimus. Tikslus šio svyravimo dydis ir net jo ženklas – vėlgi klausimas yra subtilus. Šios vertės priklauso nuo eksperimento detalių ir tamsiosios medžiagos galaktikos pasiskirstymo; paprastai gauna kelis procentus. Tačiau vienas dalykas atrodė iki šiol aiškiai apibrėžtas: minimalus arba didžiausias registracijos lygis turėtų būti maždaug birželio 2 d.

Kitą dieną žurnale Fizinės peržiūros raidės Pateiktas straipsnis paaiškino, kad tokia nedviprasmiška išvada yra neteisinga. Tai rodo, kad paprastas ir ilgai žinomas mechaninis poveikis – tamsiosios medžiagos gravitacinis fokusavimas saulėje – gali žymiai pakeisti datą, kai turėtų būti laikomasi didžiausios registracijos normos.

Šis poveikis parodytas fig. 1. Jei tamsiosios medžiagos dalelės sklido per saulės sistemą griežtai tiesia linija, tada jų koncentracija būtų vienoda, nepriklausomai nuo sezono. Tada iš tikrųjų sezoninis registracijos lygio moduliavimas įvyks tik dėl greičio pasikeitimo, kaip aprašyta aukščiau. Tačiau iš tikrųjų tamsiosios materijos dalelės jaučiasi gravitacinio Saulės traukos ir jos nukreiptos. Jie nukreipiami į vidų, tarsi gravitacija saulė sutelkia tamsiosios medžiagos daleles. Dėl to padidėja tamsiosios medžiagos koncentracija už Saulės, ty kovo mėn., Palyginti su koncentracija prieš Saulę, rugsėjo mėn.

Reikia pabrėžti, kad šis koncentracijos pokytis yra gana mažas. Tamsiosios medžiagos dalelių greitis yra gana didelis, todėl, kai jie praeina pro Saulę, jų trajektorijos šiek tiek skiriasi laipsnių tvarka. Dėl to vyksta poros procentų koncentracijos moduliavimas, tačiau šis nedidelis efektas turi būti palygintas su tuo pačiu mažu efektu dėl moduliavimo greičio.Pasirodo, kad realiai aprašant sezoninius svyravimus reikėtų atsižvelgti į du panašaus stiprumo padarinius. Greičio moduliavimas sukelia žiemos ir vasaros svyravimus, o koncentracijos moduliavimas sukelia pavasario-rudens virpesius. Bendras šių dviejų padarinių veikimas lemia tai, kad sezono jutiklių rodmenų svyravimai išlieka, tačiau jo didžiausias laikas pasikeis. Dėl kokios nors priežasties jie dar neatsižvelgė į šį poveikį.

Straipsnio autoriai pateikia įvairių modelių skaičiavimo skaičiavimo rezultatus. Atsižvelgiant į detektoriaus charakteristikas ir dalelių masę, šis poveikis gali būti nereikšmingas (labai lengvos dalelės arba detektoriaus slenkstis yra per didelis) arba stiprus. Vidutiniškai sunkiosios tamsiosios medžiagos dalelės ir pakankamai jautrus detektorius paaiškina, kad laiko pasikeitimas gali būti kelias savaites (3 pav.).

Pav. 3 Numatoma maksimalios sezoninės moduliacijos padėtis skirtingoms parametrų vertėms. Skaldytosios linijos – maksimalios pozicijos be traukos fokusavimo, kreivės – atsižvelgiant į šį poveikį. Įvairios spalvos atitinka tamsiosios medžiagos daleles, kurių masė yra skirtinga. Horizontaliai Energijos išleidimo slenkstinė vertė, nuo kurios sukelia detektorių, atidedama. Galima pastebėti, kad jei detektorius yra pakankamai jautrus (slenkstis yra mažas), skirtumas tarp skaldytų ir lygių kreivių gali būti labai reikšmingas. Aptariamo straipsnio tvarkaraštis

Įdomu palyginti šias vertybes su DAMA rezultatais. Bendradarbiavimas DAMA iš tiesų numato tokį sezoninį moduliavimą, o įdomiausia, kad jų duomenų kiekis pasiekia gegužės pabaigą (gegužės 26 d. – ± 7 dienas). Net ir be gravitacinio fokusavimo, tai atitinka tai, ko galima tikėtis iš tamsiosios medžiagos dalelių (birželio 2 d.). Dabar, atsižvelgiant į naują efektą, paaiškėja, kad DAMA rezultatai dar labiau panašūs į laukiamą moduliavimą. Skaičiavimai rodo, kad kuo silpnesnis energijos išsiskyrimas susidūrus su tamsiosios medžiagos dalelės su dalelėmis, tuo lėtesnė ši dalelė judėjo. Tai reiškia, kad kuo stipresnis turėtų būti tokių dalelių gravitacinis fokusavimas, tuo didesnis turėtų būti laiko perėjimas.

DAMA atlieka tokio pobūdžio analizę. Bendradarbiavimas patvirtino, kad jei mes vartosime mažai energijos (energijos išleidimas nuo 2 iki 4 keV, detektorius nereaguoja mažiau energijos), tada didžiausias krūvis yra 12 ± 7 d.Straipsnyje numatyti skaičiavimai prognozuoja gegužės 19 d. Susitarimas nėra taip blogai. Straipsnio autoriai skatina eksperimentus rengti atskirai analizuoti net mažesnių energijos įvykių, pavyzdžiui, nuo 2 iki 2,5 keV. Dėl tokių verčių, jos prognozuoja didžiausią pamainą jau balandžio pabaigoje. Siūloma atlikti tą patį pratybas dalyviams visuose būsimuose eksperimentuose, kurie yra jautrūs energijos išsiskyrimui, esant 1 keV ir mažiau.

Dar kartą pabrėžti: sezoninis moduliavimas yra vienas iš efektų, o šio moduliavimo maksimalus poslinkis yra kitas. Daugelis fizikų skeptiškai vertina DAMA rezultatą, nes pats sezoninis pokytis gali būti priskirtas prie visiškai normalių, net klimato priežasčių. Tačiau sunku įsivaizduoti, kokie klimato veiksniai gali skirtingai paskirstyti maksimalią įvairią energiją. Jei šiame straipsnyje apibūdintas poveikis iš tiesų bus atrastas, jis taps nauja – ir galbūt netgi netikėta – argumentu eksperimentams su teigiamais rezultatais.

Šaltinis: S K. Lee, M. Lisanti, A. H. G. Petras ir B. R. Safdi. Gravitacinio fokusavimo į metinį moduliavimą tiesioginių aptikimo bandymų su tamsiaisiais medžiagomis poveikis // Fiz. Rev. Lett. 112, 011301 (2013 m.); Straipsnis taip pat pateikiamas kaip e-print arXiv: 1308.1953.

Taip pat žiūrėkite:
1) V. A. Рябов, V. A. Царев, A. M. Цховребов. Tamsiosios medžiagos dalelių paieška // UFN 178, 1129 (2008).
2) K. Freese, M. Lisanti, Ch. Savage. Kolokviumas: metinė tamsiosios medžiagos moduliacija // Rev. Mod. Fiz. 85, 1561-1581 (2013); Straipsnis taip pat pateikiamas kaip e-print arXiv: 1209.3339.

Igoris Ivanovas


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: