"Det bästa resultatet på mörk materia hittills - och vi har precis börjat." Så här har forskare bakom XENON1T, nu det mest känsliga experimentet med mörk materia världen över, kommenterade sitt första resultat från en kort 30-dagars körning som presenterades idag för det vetenskapliga samfundet.

Mörk materia är en av universums grundläggande beståndsdelar, fem gånger större än vanlig materia. Flera astronomiska mätningar har bekräftat förekomsten av mörk materia, som leder till en världsomspännande ansträngning att observera interaktioner mellan mörk materia och vanlig materia i extremt känsliga detektorer, som skulle bekräfta dess existens och belysa dess egenskaper. Dock, dessa interaktioner är så svaga att de har undgått direkt upptäckt fram till denna punkt, tvingar forskare att bygga detektorer som blir allt känsligare. XENON -samarbetet, att med XENON100 -detektorn ledde fältet i flera år tidigare, är nu tillbaka på frontlinjen med XENON1T -experimentet. Resultatet från en första kort 30-dagarskörning visar att denna detektor har en ny rekordlåg radioaktivitetsnivå, många storleksordningar under omgivande material på jorden. Med en total massa på cirka 3200 kg, XENON1T är den största detektorn av denna typ som någonsin byggts. Kombinationen av avsevärt ökad storlek med mycket lägre bakgrund innebär en utmärkt potential för upptäckt av mörk materia under de kommande åren.

XENON -samarbetet består av 135 forskare från USA, Tyskland, Italien, Schweiz, Portugal, Frankrike, Nederländerna, Israel, Sverige och Förenade Arabemiraten. Den senaste detektorn i familjen XENON har varit i vetenskaplig verksamhet vid LNGS underjordiska laboratorium sedan hösten 2016. Det enda du ser när du besöker den underjordiska försöksplatsen nu är en gigantisk cylindrisk metalltank fylld med ultrarent vatten för att skydda detektorn vid hans centrum, och en tre våningar hög, transparent byggnad trångt med utrustning för att hålla detektorn igång.

XENON1T central detektor, en så kallad flytande xenontidsprojektionskammare (LXeTPC), är inte synligt. Den sitter i en kryostat i mitten av vattentanken, helt nedsänkt för att skydda den så mycket som möjligt från naturlig radioaktivitet i grottan. Kryostaten håller xenonet vid en temperatur på -95°C utan att det omgivande vattnet fryser. Berget ovanför laboratoriet skyddar ytterligare detektorn, förhindra störningar av kosmiska strålar. Men det är inte tillräckligt att skydda sig från omvärlden eftersom alla material på jorden innehåller små spår av naturlig radioaktivitet. Således, extrem försiktighet togs för att hitta, välj och bearbeta detektorns material för att uppnå lägsta möjliga radioaktiva innehåll. Laura Baudis, professor vid universitetet i Zürich och professor Manfred Lindner från Max-Planck-institutet för kärnfysik i Heidelberg, betona att detta gjorde det möjligt för XENON1T att uppnå rekord "tystnad, "som är nödvändigt för att lyssna efter den mycket svaga rösten i mörk materia.

En partikelinteraktion i flytande xenon leder till små ljusglimtar. Detta är vad XENON -forskarna spelar in och studerar för att utläsa positionen och energin hos den interagerande partikeln, och om det kan vara mörk materia eller inte. Den rumsliga informationen gör det möjligt för forskarna att välja interaktioner som förekommer i detektors centrala kärna.

Det omgivande xenon skyddar vidare xenon -kärnmålet från allt material som redan har små överlevande radioaktiva föroreningar. Trots bristen på 30-dagars vetenskapskörning, känsligheten för XENON1T har redan övervunnit känsligheten för alla andra experiment på området, undersöka outforskat område av mörk materia. "WIMP:er visade sig inte vid den första sökningen med XENON1T, men vi förväntade oss dem inte så snart, "säger Elena Aprile, Professor vid Columbia University och talesman för projektet. "Den bästa nyheten är att experimentet fortsätter att samla utmärkta data, vilket gör att vi ganska snart kan testa WIMP-hypotesen i ett område med massa och tvärsnitt med normala atomer som aldrig förr. En ny fas i loppet för att upptäcka mörk materia med extremt låga bakgrunds massiva detektorer på jorden har just börjat med XENON1T. Vi är stolta över att ligga i framkant av loppet med denna fantastiska detektor, den första i sitt slag. "