Жидкий ксенон поможет в поиске частиц темной материи
На глубине мили под землей в заброшенном золотом руднике в Южной Дакоте находится гигантский цилиндр, содержащий 10 тонн очищенного жидкого ксенона, за которым пристально следят более 250 ученых со всего мира. Этот резервуар с ксеноном является сердцевиной эксперимента LUX-ZEPLIN (LZ), целью которого является обнаружение темной материи — таинственной невидимой субстанции, составляющей 85% материи во Вселенной. «Люди ищут темную материю уже более 30 лет, и пока ни у кого не было убедительного обнаружения», — сказал Дэн Акериб, профессор физики элементарных частиц и астрофизики в Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики (DOE). Но с помощью ученых, инженеров и исследователей со всего мира Акериб и его коллеги сделали эксперимент LZ одним из самых чувствительных детекторов частиц на планете.
Чтобы достичь этого, исследователи SLAC опирались на свой опыт работы с жидкими благородными веществами — жидкими формами благородных газов, таких как ксенон, — включая продвижение технологий, используемых для очистки самих жидких благородных веществ, и систем для обнаружения редких взаимодействий темной материи в этих жидкостях. И, по словам Акериба, то, что узнали исследователи, поможет не только в поисках темной материи, но и в других экспериментах по поиску процессов физики редких частиц. «Это действительно глубокие загадки природы, и это слияние понимания очень большого и очень малого одновременно очень захватывает», — сказал Акериб. «Возможно, мы сможем узнать что-то совершенно новое о природе».
В поисках темной материи глубоко под землей
В настоящее время ведущим кандидатом на роль темной материи являются слабо взаимодействующие массивные частицы, или вимпы. Однако, как следует из аббревиатуры, вимпы почти не взаимодействуют с обычной материей, что делает их очень трудными для обнаружения, несмотря на то, что теоретически многие из них постоянно проходят мимо нас.
Чтобы справиться с этой проблемой, эксперимент LZ сначала был проведен глубоко под землей в бывшем золотом руднике Хоумстейк, который сейчас является подземным исследовательским центром Сэнфорда (SURF) в Лиде, Южная Дакота. Там эксперимент хорошо защищен от постоянной бомбардировки космическими лучами поверхности Земли — источника фонового шума, который может затруднить обнаружение труднодоступной темной материи.
Даже в этом случае для обнаружения темной материи требуется чувствительный детектор. По этой причине ученые обращают внимание на благородные газы, которые, как известно, неохотно реагируют ни с чем. Это означает, что существует очень мало вариантов того, что может произойти, когда частица темной материи, или вимп, взаимодействует с атомом благородного газа, и, следовательно, меньше шансов, что ученые пропустят и без того сложное для обнаружения взаимодействие.
Но какой дворянин? Как оказалось, «ксенон особенно хорошо подходит для обнаружения темной материи», — сказал Акериб. Темная материя наиболее сильно взаимодействует с ядрами, и взаимодействие становится еще сильнее с атомной массой атома, пояснил Акериб. Например, атомы ксенона чуть более чем в три раза тяжелее атомов аргона, но ожидается, что их взаимодействие с темной материей более чем в десять раз сильнее.
Еще одно преимущество: «Как только вы очистите жидкий ксенон от других загрязняющих веществ, он сам по себе станет очень бесшумным», — сказал Акериб. Другими словами, естественный радиоактивный распад ксенона вряд ли помешает обнаружению взаимодействий между вимпами и атомами ксенона.
Только ксенон
Хитрость, по словам Акериба, заключается в получении чистого ксенона, без которого все преимущества инертного газа являются спорными. Однако очищенные инертные газы не всегда доступны — тот факт, что они почти ни с чем не взаимодействуют, также означает, что их, как правило, довольно трудно отделить друг от друга. И «к сожалению, вы не можете просто купить готовый очиститель, который будет очищать благородные газы», — сказал Акериб. Поэтому Акерибу и его коллегам из SLAC пришлось найти способ очистить весь жидкий ксенон, необходимый для детектора.
Самым большим загрязнителем ксенона является криптон, который является вторым по легкости благородным газом и содержит радиоактивный изотоп, который может маскировать взаимодействия, которые на самом деле ищут исследователи. Чтобы предотвратить превращение криптона в криптонит детектора частиц, Акериб и его коллеги потратили несколько лет на совершенствование метода очистки ксенона с помощью так называемой газовой угольной хроматографии. Основная идея состоит в том, чтобы разделить ингредиенты в смеси на основе их химических свойств, когда смесь проходит через какую-то среду. Газоугольная хроматография использует гелий в качестве газа-носителя для смеси и уголь в качестве разделительной среды.
«Вы можете думать о гелии как о постоянном дуновении древесного угля», — объяснил Акериб. «Каждый атом ксенона и криптона какое-то время застревает на древесном угле и какое-то время отклеивается. Когда атомы находятся в отлипшем состоянии, гелиевый ветерок уносит их вниз по колонне». Атомы благородных газов менее липкие, чем они меньше, а это означает, что криптон несколько менее липкий, чем ксенон, поэтому он уносится нелипким гелиевым «ветром», таким образом отделяя ксенон от криптона. Затем исследователи могли захватить криптон и выбросить его, а затем восстановить ксенон, сказал Акериб. «Мы сделали это примерно для 200 баллонов ксенона — это была довольно большая кампания».
Эксперимент LZ — не первый эксперимент, в котором SLAC участвовал в попытке найти новую физику с ксеноном. Эксперимент Enriched Xenon Observatory (EXO-200), который проводился с 2011 по 2018 год, выделил особый изотоп ксенона для поиска процесса, называемого безнейтринным двойным бета-распадом. Результаты эксперимента показали, что этот процесс невообразимо редок, но новый предлагаемый поиск, получивший название Next EXO (nEXO), продолжит поиск с использованием детектора, аналогичного LZ.
Другой вид электрической сети
Независимо от того, какая благородная жидкость заполняет детектор, сложная система обнаружения имеет решающее значение, если ученые когда-либо надеются найти что-то вроде темной материи. Выше и ниже башни жидкого ксенона для эксперимента LZ расположены большие высоковольтные сетки, которые создают электрические поля в детекторе. Если частица темной материи столкнется с атомом ксенона и выбьет несколько электронов, она высвободит часть электронов из атома и отдельно создаст вспышку света, которая может быть обнаружена фотодетекторами, объяснил Райан Линехан, недавний доктор философии. выпускник группы LZ SLAC, который помогал разрабатывать высоковольтные сети. Электрические поля, проходящие через детектор, направляют свободные электроны вверх в тонкий слой газа в верхней части цилиндра, где они создают второй световой сигнал. «Мы можем использовать этот второй сигнал вместе с исходным сигналом, чтобы узнать много информации о положении, энергии, типе частиц и многом другом», — сказал Линехан.
Но это не обычные электрические сети — они несут напряжение в десятки тысяч вольт, такое высокое, что любые микроскопические частицы пыли или мусора на проводной сети могут вызвать спонтанные реакции, которые вырывают электроны из самого провода, сказал Линехан. «И эти электроны могут создавать сигналы, которые выглядят точно так же, как электроны, исходящие от ксенона», тем самым маскируя сигналы, которые они пытаются обнаружить.
По словам Линехана, исследователи придумали два основных способа минимизировать вероятность получения ложных сигналов от сетей. Во-первых, команда использовала химический процесс, называемый пассивацией, чтобы удалить железо с поверхности проводов сетки, оставив поверхность, богатую хромом, которая снижает тенденцию провода испускать электроны. Во-вторых, чтобы удалить любые частицы пыли, исследователи тщательно — и очень осторожно — опрыскивали решетки деионизированной водой непосредственно перед установкой. «Вместе эти процессы помогли нам довести сети до состояния, когда мы действительно могли получать четкие данные», — сказал он.
Команда LZ опубликовала свои первые результаты онлайн в начале июля, продвинув поиск темной материи дальше, чем когда-либо прежде. Линехан и Акериб сказали, что они впечатлены тем, чего удалось добиться благодаря глобальному сотрудничеству LZ. «Вместе мы узнаем что-то фундаментальное о Вселенной и природе материи», — сказал Акериб. — И мы только начинаем. Усилия LZ в SLAC возглавляет Акериб вместе с Марией Еленой Монзани, ведущим научным сотрудником SLAC и заместителем операционного менеджера LZ по вычислениям и программному обеспечению, и Томасом Шаттом, который был представителем-основателем сотрудничества LZ.
Источник
Последние аномальные новости

Альтернативное объяснение происхождения Луны

Белый дом предложил Билль о правах ИИ

Вымершая раса шестипалых гигантов

Город-утопию построят в Кувейте

Два огромных металлических шара сняли в лесах Сочи

Красочный НЛО замечен над Миссури

Луизиана не лучший штат для наблюдения НЛО

Найденный в космосе веселящий газ может означать жизнь

Огромный звездолет заметили в космосе

Патагонская раса великанов

Плакать во сне – к чему

Погубивший динозавров астероид вызвал цунами высотой 5 км

Рабочие порталы на Марсе расположены в Калифорнии

Световые столбы в небе над Москвой

Создали лазерное оружие против тараканов

Странные существа, опасные тульпы и мыслеформы

Странный НЛО заметили над графством Кент

Чупакабра разбушевалась в Гомельской области

Шестиногая лягушка приносит удачу

Ясновидящую осудят за хищение трех миллионов рублей

Арканзас имеет долгую историю наблюдений НЛО

Бигфута заметили во время урагана Ян

Группа НЛО замечена над Миссури

Древний подземный город нашли в Иране

Женщину прозвали путешественницей во времени

Зеркальные даты в нумерологии октября

Как ИИ ищет симптомы депрессии в сообщениях

Как НАСА планирует защитить образцы с Марса от загрязнения

Капли воды содержат секретный ингредиент для создания жизни

Многие экзопланеты могут иметь достаточно воды

Мой опыт путешествия вне тела

НАСА обнаружило обломки НЛО на Марсе

НЛО замечен перед столкновением зонда НАСА с астероидом

Новый метод обнаружения экзопланет

Обнаружить признаки жизни в атмосферах экзопланет

Откуда пришел Слендермен

Паранормальные существа, которые нами питаются

Подкаст об НЛО открывается в Австралии

Помет бигфута нашли в Орегоне

Предсказания о белом царе России

Стансы Цзяна - история самой загадочной книги

Таинственное существо Помберо охотится в Парагвае

Таинственные останки самолёта обнаружили в Калифорнии

Уфолог встретился лицом к лицу с инопланетянином в Йоркшире

Фирма Renewal Bio хочет создать человеческие эмбрионы

Черепаху с двумя головами нашли в Малайзии

Черных лягушек-мутантов нашли в районе Чернобыльской АЭС

Что будет если удалить инопланетный имплант

Что случилось с инопланетянином Алешенькой

Ясновидящий сообщил о начале Третьей мировой войны

Ванга напророчила человечеству новые несчастья

Древние знали тригонометрию лучше, чем мы

Зловещие пророчества на 2023 год повергли в шок

Искусственный интеллект уже изменил наш мир

Китай провел искусственное усиление осадков

Меняющие форму существа и монстры

Место шабаша нашли в Барнауле

Новые загадки, связанные со смертью Елизаветы II

Падение НЛО в Китае

Предсказания Нострадамуса на 2023 год

Призрак жуткой старушки возлагает цветы на кладбище

Растет интерес к уфо-коллекции принца Филиппа

Самое таинственное место Воронежской области

Сбивающий с толку подводный город Йонагуни

Создание фейков об НЛО и мертвых инопланетянах

Странное исчезновение жителей бразильской деревни

Таинственные каменные скрижали Джорджии уничтожены

Тайны мексиканских пирамид

Человек в черном пытался повлиять на паранормальное телешоу

Экскурсию к месту приземления пришельцев предлагают в Иркутске

iPhone 13 Pro Max. Изысканность в каждой детали

В параллельных вселенных может существовать жизнь

Где приземлялись и что делали инопланетяне в Воронеже

Глубокий транзит экзогиганта по красному карлику

Группу НЛО заметили над Айдахо

Две сферы погрузились в море у берегов Девона

Дом ведьм в Салеме выставили в аренду за $31

Дом демонов и привидений в Детройте

Дрон инопланетян сняли над территорией Великобритании

Женщина нашла в шкафу потайную комнату с окном

Женщина разгадала тайну кровоточащей стены

Зачем Гитлер построил секретную базу в Арктике

Илон Маск представил прототип человекоподобного робота

Инопланетяне 33 года назад нанесли визит в Воронеж

Испытана бионическая поджелудочная железа

Лэмбтонский червь - неубиваемый средневековый монстр

Мужчина сорвал джекпот благодаря ошибке при покупке билетов

Назвали сроки колонизации планет Солнечной системы

Обнаружить хотя бы примитивную жизнь

Ожирение предложили классифицировать как расстройство мозга

Предсказания Ванги о Третьей мировой войне

Симуляция ядерной войны НАТО против России

Случай с актером и его фермой с привидениями

Стеклянные шарики в лунном грунте показывают древние бомбардировки Луны

Странные вещи на поле боя

Суперземля в районе обитаемой зоны красного карлика

Сферические НЛО замечены над Калифорнией

Таинственное ожерелье Ананаури

Человек, который знал правду о Розуэлле, но что было правдой

Черный овальный НЛО заметили над Алабамой

Чудовище озера Шамплейн замечено гидролокатором

Отзывы о TexTovich.com. Как заработать на бирже копирайтинга

Академик РАН рассказала об опытах по клонированию скота

Аномальная зона Орегонский вихрь

Архив НЛО в Норчёпинге мечтает стать музеем

ВМС США отказываются рассекретить информацию об НЛО

Водяные планеты вокруг красных карликов существуют

Где в Великобритании вы, скорее всего, увидите НЛО

Группу НЛО заметили в небе над Сочи

Домашнего робота научили обнаруживать котов и собак

Землю атакуют заброшенные космические корабли пришельцев

Зловещие пророчества Матроны, Мессинга и Нострадамуса

Зона 51, что на самом деле скрывают в пустыне Невады

ИИ научился превращать текст в видео

Инопланетный корабль замечен на Плутоне

Как оградить планету от столкновения с опасными астероидами

Леденящие душу экзорцизмы

Механизм плазменной загрузки радиоструй черных дыр

НЛО преследует самолеты на авиашоу

Призраки набросились на охотников за приведениями

Разработчик Спутника не исключает искусственного происхождения коронавируса

Робот Cassie установил мировой рекорд в забеге на 100 метров

Родился второй клонированный полярный волк

Сможем ли отправить людей на Венеру

Собаки чувствуют стресс человека по запаху

Состав Земли изменился в результате столкновений с метеоритами

Строили ли друиды Стоунхендж

Тайны долины Гудзона

Тихий океан уступит место следующему суперконтиненту мира

Уникальный набор нейронов нашли в мозге долгожителей

ЦРУ заинтересовалось технологией воскрешения мамонтов

Эдгар Кейси. Из России прибудет надежда для мира

Большой Манчестер является меккой НЛО

В кишечнике обнаружены новые виды бактерий

Ванга предсказала страшный конец 2022 года

Девочка поймала огромную аллигаторовую щуку

Жидкая вода под южной полярной шапкой Марса

Зонд Юнона приблизился к спутнику Юпитера Европе

Куб Боргов замечен у Солнца

Наблюдения НЛО в Уэльсе

Находки марсохода дают представление о древнем ландшафте

Обнаружили древний потерянный буддийский храм

Привидения в старом доме священника

Пугающее пророчество Нострадамуса

Северная Каролина занимает 11-е место в рейтинге уфологов

Слон растоптал справлявшую нужду женщину

Снежный человек, шпионы, секретные агенты и многое другое

Состав ядер астероидов в ранней Солнечной системе

Стадо овец погналась за женщиной во время пробежки

Тяжелые месяцы или когда завершится спецоперация на Украине

Фестиваль НЛО в Шаг-Харбор

Что общего у НЛО и Громовой птицы

Больным депрессией вживили чип в мозг для лечения

Группа НЛО в ночном небе Симферополя

Древнюю антенну нашли на дне моря

Женщина поддержала подругу и родила ей ребенка

ИИ превращает людей в покемонов

Кроссовки Reebok Classics являются сатанинскими

Крылатая женщина из Вьетнама

Открывают все больше экзопланет пригодных для жизни

Паранаука и жизнь

Поверхность Меркурия более динамична, чем считалось

Поиски снежного человека в Кемеровской области

Показали место посадки зонда на Титане

Проехала на лифте в иную реальность

Происхождение феномена Людей в черном

Роботы-собаки могут стать исследователями Луны

Родился щенок редчайшего зеленого цвета

Секретная программа обратного проектирования НЛО

Следы погубившего динозавров астеройда нашли на Луне

Тайна смерти главного российского уфолога

Томский исследователь аномальных явлений

Агент Сноуден получил российское гражданство

Алмазный НЛО шпионил за населением Миссури

Вирусы могут решать, когда убить хозяина

Встречи с жуткими крылатыми чудовищами

Встречи с существами из дыма и огня

Глава МИД Индонезии предсказала большую войну

Доказательства наводнения на Марсе миллиарды лет назад

Женщина уже 41 год живет на одной только воде

Жизнь в одиночестве ускоряет старение

ИИ на порядки упростил решение задач квантовой физики

Искусственное конструирование коронавируса вряд ли возможно

Испытали электрическое аэротакси

Конспирологические теории о событиях 11 сентября 2001 года

Кости найденные в Испании могут переписать историю человечества

Подписка на новости
Наверх
Яндекс.Метрика