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

ВВС США получили первое аэротакси Joby Aviation

Группу НЛО сняли над Сахалином

Динозавры вымерли из-за извержения мега-вулкана

Загадочный феномен НЛО в Великобритании

Звездные войны помогут понять почему происходят революции

Инопланетное вторжение отменяется

Инопланетные мумии могут быть маленькими ламами

Искусственный интеллект поможет исследовать НЛО

Какими будут похороны и загробная жизнь к 2050 году

Канал NBC Nightly News случайно запечатлел белый НЛО

Люди в черном зашли на огонек

Марсоход запечатлел пыльного дьявола

Мозг младенца вылез за пределы черепа

Мы должны найти жизнь в радиусе 60 световых лет

Научно-фантастические книги помогают лучше понимать науку

Новый документальный фильм Спилберга расскажет о НЛО

Пентагон запросил экстренное разрешение на НЛО

Пониманием биосигнатур представляет собой головоломку

Почему в США так озабочены пришельцами

Пришельцы прикидываются землянами

Происхождение этих быстрых радиовсплесков является тайной

Реальная история появления НЛО в валлийской деревне

Роль связующего звена НАСА в офисе Пентагона по НЛО

Самые важные пророчества Нострадамуса для России

Самый продвинутый робот пытается произвести впечатление

Сколько минут повседневной активности продлевают жизнь

Странное существо притаилось на крыше автотрейлера

Телефон ChatGPT находится в разработке

Ужасы Плам-Айленда. Гибриды и насекомые-убийцы

Цифровая платформа для дистанционных исследований сна

Антиматерия падает на Землю, как обычная материя

Загадочная вспышка обнаружена на молодом звездном объекте

Загадочная черная пыль с астероида Бенну

Загадочные камеры пирамиды Сахура

Загадочные случаи с жуткими и проклятыми картинами

Инопланетяне, демоны или психопаты

Неопознанный объект в небе над Воронежем переполошил жителей

НЛО взволновал жителей Воронежской области

НЛО длиной в милю покажут в новом фильме Netflix

Новый сериал Netflix исследует сообщения о встречах с НЛО

Парадокс чайного листа для изучения наножидкостей

Подразделение MUFON в Коннектикуте изучает НЛО

Прогнозируется прорыв в области ИИ к 2030 году

Происхождение колец и ледяных спутников Сатурна

Радиогалактика M87 подтверждает вращение черной дыры

Сворачивание РНК может сыграть роль в возникновении жизни

Связанные разломы объясняют древнюю мифологию

Таможня США опубликовала видеоролики с НЛО

Фермер пополнил метеоритное наследие

Четыре НЛО зависли над провинцией Кхонкэн

Биотехносферы как часть планетарного разума

Влияние солнечных затмений на структуру атмосферы Земли

Завершился праздник 'Летающая тарелка Чехалиса'

Загадочные узоры марсианских камней

Зачем строить мегаструктуры, проще перемещать планеты

Китай будет строить базу внутри лунной лавовой трубы

Люди живут в компьютерной симуляции инопланетян

Мы вступаем в новый золотой век НЛО

Мы находимся на пороге бума летающих такси

НАСА представило новейшее оружие для поиска НЛО

Подразделение MUFON открыло новый сезон лекций

Пролили свет на пути эволюции черных дыр

Следующая пандемия унесет 50 миллионов жизней

Слияние двойного кислородно-неонового белого карлика

Составили глобальный атлас ведьминых кругов

Таинственная черная пыль с астероида Бенну

Таинственный Аляскинский треугольник

Труп мужчины мумифицировался за 16 дней

Черные дыры образуются внутри звездных скоплений

Что нужно делать чтобы дожить до 100 лет

Преимущества и технические характеристики Changan Lamore

Виды чисток лица. Почему нужно обращаться к косметологу

Платформа Filllin.ru. Как выбрать идеальное место для механической чистки лица

Байден не защитит американцев от инопланетян

В поисках доказательств инопланетной жизни

Внеземная цивилизация ищет контакт с Россией

ИИ ChatGPT научился понимать голосовые команды

ИИ способен обнаруживать инопланетян с точностью до 90%

Имплантаты для управления компьютерами силой разума

Искривление нашей галактики обьясняет темного гало

Исследование проливает новый свет на странные лавовые миры

Исчезновение 20 000 человек в Аляскинском треугольнике

Машинное обучение разгадывает тайны атомной геометрии

Можем ли мы найти другую Землю

Обнаружена новая экзопланета с низкой плотностью

Открыли новый способ проверить наличие жизни на Марсе

Песчаные дюны раскрывают характер ветров на Марсе

Радиосигналы раскрывают тайны скрытых черных дыр

Робот-гуманоид Теслы занимается йогой

Сильная жара может уничтожить людей и млекопитающих

Сотовые структуры Марса связали с испарением соленой воды

Темные века нашей Вселенной

ЦРУ намерено выпустить собственную версию ChatGPT

Загадочный Аляскинский треугольник

ИИ в школе поможет учащимся стать более творческими

ИИ научили расшифровывать кудахтанье куриц

ИИ расскажет существовала ли жизнь на Марсе

ИИ ускоряет открытие лекарств в 10 раз

Лас-Вегас становится главной точкой наблюдения НЛО

Микробы могут помочь в поисках внеземной жизни

НАСА впервые доставило на Землю образец астероида

НАСА обнародовало имя своего первого царя НЛО

НЛО ворвался в огненное сердце вулкана Попокатепетль

НЛО сняли в Лакхнау

Община Миссисипи отметит похищение инопланетянами

Получен спектр экзопланеты TRAPPIST-1b

Почему Эйнштейн должен ошибаться

Правительство США готовится объявить об инопланетянах

Протуберанец дает информацию о космической погоде

Сюрпризы звездообразования в незапамятные времена

Теперь мы можем заглянуть в эпоху Создания

Хакер раскритиковал утверждение НАСА об инопланетянах

Хамбо Лама заявил об инопланетянах

Что делает фильм запоминающимся. Анализ ключевых элементов выдающихся кинолент

Платформа Filllin.ru. Как найти идеального врача для увеличения губ

Астрономы переписали теории космической эволюции

Внеземные ресурсы создадут быстро развивающийся рынок

Девочку с 26 пальцами назвали инкарнацией богини

Деми Ловато видела НЛО и верит в инопланетян

Должна ли Великобритания относиться к НЛО более серьёзно

Измерения серы открывают двери для лунной науки

Инопланетяне уничтожают города США

Как жить со смертельной аллергией на солнце

Материал с астероида доставили на Землю

Материя с Бенну поможет изучить многообразие астероидов

Мужчина покинул свой номер из-за призраков

Мы пока не можем увидеть первые звезды

Негативные ретвиты усиливают теории заговора

НЛО залетел на съемки новостей

Открыта новая сверхновая типа I

Перестрелка с пришельцами на базе Дульсе

Потрясшее мир похищение инопланетянами

Разгадка тайн стеклообразных жидкостей

Солнечные паруса помогут достичь Марса за 26 дней

Черные дыры Керра могут усилить новую физику

Воблер. Конструкция, разновидности, параметры выбора

Внутри британской Зоны 51

ИИ Google предсказывает опасность генетических мутаций

Когда во Вселенной появились первые экзоконтиненты

Марсоход помогает НАСА проводить больше исследований

На Марсе был обширный северный океан

Наблюдение НЛО в Британской Колумбии

Нам следует искать маленькие горячие сферы Дайсона

НАСА выступает против стигмы НЛО и инопланетян

НАСА ищет доказательства древней микробной жизни на Марсе

НАСА планирует разобраться в необъяснимых наблюдениях

Океан является источником углекислого газа на Европе

Первый контакт может обернуться благом для человечества

Под Уфой в небе замечено странное явление

Посмотрите трейлер нового фильма о заговоре НЛО

Связь между запутанными частицами и червоточинами

Существование внеземных НЛО не доказано

Таинственные руины в лесу Кайманава

Хирурги во второй раз пересадили человеку ГМ-сердце свиньи

Черные дыры растворяются быстрее, чем ожидалось

Эксперт по НЛО высказался о телах инопланетян

Поздравления в стихах и прозе на специализированном портале для разных адресатов и случаев

Астероид Бенну может врезаться в Землю

Все больше авторов присоединяются к иску против ChatGPT

Документы и видео НЛО обнаружены таможней

Дух заставил меня спрыгнуть с моста в воду

Жизнь на далекой планете не похожа на жизнь на Земле

Загадочная синяя молекула поможет использовать энергию света

Зонд НАСА доставил самый большой образец с астероида

Избыточное количество кислорода на поверхности Каллисто

Инопланетянка была беременна когда умерла

Марко Поло видел драконов в Китае

Марсоход нашёл речные камни

Млечный Путь в глазах гравитационных детекторов

НАСА будет изучать трупы инопланетян

Начинается гонка за открытие пригодных для жизни миров

Новые документы проливают свет на разоблачителя НЛО

Обвинения в колдовстве являются профессиональным риском

Обнаружена экзопланета из чистого железа

Онтарио опережает другие провинции по числу наблюдений НЛО

Опровергнуто правило деревьев Леонардо да Винчи

Подопытные обезьяны Neuralink умерли из-за имплантатов

Программа по возвращению образцов с Марса нереализуема

Разведывательное сообщество не расследовало программы НЛО

Связь темных фотонов с темной материей

Тайна исчезающих людей в пещере Смертной песни

Таможенная служба США опубликовала серию видео НЛО

Таяние Земли-снежка и эволюция ранней жизни

Теория об негативных мыслях оказалась неверна

Хакер нашел доказательства существоания НЛО

Черный пончик заметили в Вулверхемптоне

Подписка на новости
Наверх
Яндекс.Метрика