Les cristaux de saphir peuvent-ils capturer la matière noire exotique?

Ryan F. Mandelbaum 11/25/2017. 13 comments
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Les physiciens construisent souvent des expériences à la recherche d'un objet spécifique. Peut-être que quelque chose consiste en de la matière noire, de nouveaux types de particules ou de nouvelles façons dont les particules peuvent interagir entre elles. D'autres physiciens essaient d'utiliser les anciennes données de ces expériences de nouvelles façons, pour chercher autre chose que quelque chose de specific .

Confus? Voici un exemple: Un chercheur recherche une idée moins populaire pour expliquer la matière noire, la source insaisissable de la plus grande partie de la gravité de l'Univers. Il utilise des données d'une expérience conçue pour observer un moins exotique chose. C'est de la physique, donc il n'a encore rien trouvé. Mais cela n'empêche pas les résultats d'être importants.

"Nous n'avons pas vu [les nouvelles particules], mais je n'ai pas été surpris", a déclaré Jonathan Davis du King's College de Londres à Gizmodo. "Ceci est plus une preuve de concept montrant que vous pouvez utiliser de nouvelles idées pour sonder toutes sortes d'énergies."

Vous pourriez être familier avec une énigme cosmique importante. La matière ordinaire ne représente que quatre pour cent de l'énergie de l'Univers, alors qu'une sorte de "matière noire" étrange et invisible représente environ 25% (une chose mystérieuse appelée énergie noire constitue le reste ). Un candidat particulièrement prometteur est "les particules massives faiblement interagissantes", ou WIMPs, qui consistent en une particule hypothétique qui provoque une si petite bousculade sur les atomes que les scientifiques ne l'ont pas encore vue. Davis recherche plutôt une particule hypothétique plus forte que les WIMPs proposées mais encore trop faible pour que les expériences régulières puissent les détecter.

C'est un SIMP, pour "particule massive strongly interaction." L'interaction entre un SIMP et un noyau pourrait être aussi forte que les interactions entre les particules dans le noyau.

Des expériences de chasse au WIMP existent et sont enfouies profondément sous terre pour filtrer les particules interagissant plus fortement. Mais les chercheurs n'ont pas trouvé tout WIMPs encore. La roche épaisse au-dessus de ces expériences arrêterait les SIMP, cependant. Donc Davis a demandé aux physiciens de la collaboration CRESST en Allemagne s'il pouvait regarder les données de leur expérience vcleus. Ce détecteur contenant des cristaux de saphir se trouve à la surface de la Terre et est refroidi. En théorie, la température du détecteur devrait augmenter d'une petite quantité si une particule passe; Les SIMP laisseraient une signature spécifique dans les données.

Selon le document publié récemment dans Physical Review Letters , Davis n'a rien trouvé dans la version préliminaire de preuve de concept, mais il a été en mesure d'aider les physiciens à comprendre à quoi un SIMP can’t ressembler. C'est de Importance cruciale à la physique des particules pour que les autres expérimentateurs n'aient pas à rechercher les mêmes types de particules.

L'expérience n'a pas exclu autant de particules possibles que d' autres et chevauche certaines expériences existantes, a souligné un physicien, James Beacham du CERN et l'Ohio State University dans un courriel à Gizmodo. Pourtant, "J'aime les résultats comme ceux-ci, et ils sont une grande partie du pain et du beurre des théoriciens et des phénoménologues, puisque nous les expérimentateurs comptons sur eux pour examiner nos résultats après leur sortie pour indiquer où la nouvelle physique pourrait encore se cacher et comment nous aurions pu manquer dans nos données. "

Un autre physicien du CERN, Steven Lowette, était enthousiasmé par les résultats, car il est également à la recherche de SIMP au LHC et d'autres particules qui pourraient avoir échappé à d'autres physiciens. "Le SIMP est celui qui donnerait une signature spéciale pour laquelle le LHC n'a pas été construit."

Davis est un autre exemple intéressant de physiciens qui utilisent des expériences existantes de différentes manières que ce qui était prévu pour trouver de nouvelles particules ou des phénomènes que d'autres pourraient ne pas rechercher. Beacham lui-même a essayé de coordonner les recherches comme celles-ci. D'autres physiciens tentent de tirer profit de l'espace physique vacant à proximité d'autres expériences, comme des murs ou des tunnels à vapeur près des collisions de particules à haute énergie du LHC. Ici, ils peuvent faire des ajouts beaucoup moins chers (parfois en plastique), comme Moedal et MilliQan pour repérer des particules que l'expérience originale n'était pas destinée à trouver.

Mais Davis lui-même veut voir plus de recherches dirigées pour ces SIMP et d'autres particules exotiques.

"J'espère que cela encouragera les gens à construire des expériences pour rechercher d'autres sortes de matière noire étrange."

[ PRL ]

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