暗黒物質の掘り起こし：大規模な地下キセノン（LUX）検出器

Send

WIMPをどのように捉えますか？いいえ、私はクラスで最も弱い子供をいじめることについて話しているのではなく、弱く相互作用する巨大粒子（それら WIMPs）。それらは定義上「大規模」ですが、（光子を介して）電磁力と相互作用しないため、「見る」ことができず、強い核力と相互作用しないため、原子核によって「感じる」ことはできません。これらの2つの力でWIMPを検出できない場合、どうすればWIMPを検出できると思いますか？結局のところ、WIMPは何もぶつかることなく地球を飛ぶことが理論化されています。それ弱い相互作用。しかし、時々、それらは原子核と衝突するかもしれませんが、それらが正面衝突した場合のみです。これは非常にまれな出来事ですが、Large Underground Xenon（LUX）検出器が古いサウスダコタ州の金鉱の4,800フィート（1,463メートル、または1マイル近く）の地下に埋め込まれ、科学者たちは不運なWIMPがキセノンにぶつかると期待しています原子、光のフラッシュがキャプチャされ、意味します 暗黒物質の最初の実験的証拠…

地球から観測された銀河には奇妙な性質があります。宇宙論者にとっての最大の問題は、銀河（天の川を含む）が星を数え、星間塵を計算するだけで観察できる質量よりも多いように見える理由を説明することです。実際、宇宙の質量の96％は観測できません。この失われた質量の22％は「暗黒物質」で保持されていると考えられています（74％は「暗黒エネルギー」として保持されています）。暗黒物質は多くの形をとるように理論化されています。大規模な天体コンパクトハローオブジェクト（中性子星や孤立した惑星など、観測できない通常のバリオン物質を含む天体）、ニュートリノ、およびWIMPSはすべて、この失われた質量に寄与していると考えられています。多くの実験が各貢献者を検出するために進行中です。銀河の中心での相互作用（または重力レンズ効果）を観察することでブラックホールを間接的に検出でき、ニュートリノは地下深くに埋め込まれた液体の巨大なタンクで検出できますが、WIMPはどのように検出できますか？ WIMP検出器はニュートリノ検出器の本から葉を取り除く必要があるようです–掘り始める必要があります。

宇宙線などの放射線による干渉を避けるために、ニュートリノ「望遠鏡」などの低エネルギー検出器は、地球の表面のかなり下に埋め込まれています。機器を設置するための穴がすでにあるので、古い鉱山シャフトは理想的な候補になります。ニュートリノ検出器は、水（またはその他のエージェント）の巨大な容器であり、高感度の検出器が外側に配置されています。そのような例の1つは、日本にあるスーパーカミオカンデニュートリノ検出器で、これには50,000トンの重さの超純水が大量に含まれています（左の写真）。弱く相互作用するニュートリノがタンク内の水分子にぶつかると、チェレンコフ放射のフラッシュが放出され、ニュートリノが検出されます。これは、高さ25フィートの純水タンクに懸濁した600ポンド（272 kg）の液体キセノンを使用する新しい大型地下キセノン（LUX）検出器の背後にある基本原理です。 WIMPが理論の域を超えて存在する場合、これらの弱く相互作用する巨大な粒子がキセノン原子と正面から衝突し、軽量のいとこと同じように閃光を放出することが期待されます。

カリフォルニア大学デービス校の教授であるロバート・スボボダとマニ・トリパティは、National Science Foundation（NSF）と米国エネルギー省のプロジェクトに120万ドルを資金提供しました（これは必要な合計の50％です）。 LUXは、構築に数十億ユーロもかかるラージハドロンコライダー（LHC）と比較すると、発見される可能性のある範囲を考慮した非常に経済的なプロジェクトです。 WIMPの相互作用の実験的な証拠がある場合、結果は非常に大きくなります。地球が天の川に存在することが間接的に観測されている可能性のある暗黒物質ハローを掃引するにつれて、WIMPの起源とその分布を理解できるようになります。