Djupt under ett berg i Apenninområdet i Italien, en invecklad apparat söker efter universums mörka materia. Fysikstudenter vid University of Massachusetts spelade en avgörande roll i DarkSide-50-detektorns senaste upptäckter-och, faktiskt, har varit en del av detta projekt sedan starten.

Professor i fysik Andrea Pocar och hans studenter designade och byggde ett rutnät som är en av nyckelkomponenterna i DarkSide-50, skapades 2009 av en internationell koalition och ligger i Italiens Gran Sasso National Laboratory. Studenter som Arthur Kurlej '15 och Kirsten Randle '15 designade, monterad, och svetsade denna känsliga apparat på plats.

Även om mörk materia kan härledas från dess gravitationseffekter, fysiker har stora svårigheter att identifiera det, eftersom det annars knappast interagerar med "vanlig" materia. Så de måste förnya sätt att upptäcka det.

DarkSide-50 använder en behållare med flytande argon med en liten ficka med argongas på toppen som ett mål för att locka till sig de partiklar som man tror utgör mörkt material. Den flytande argon är målet för partiklar i mörk materia, medan gasfickan är avgörande för att förstärka den resulterande signalen. Argonkärnan omges av en stor volym ren scintillationsvätska som skyddar den från omgivande radioaktivitet som kan efterlikna signaler från mörk materia. på rätt spår.

Processen att upptäcka mörk materia innebär att bli en absolut expert på allt som mörk materia inte är. Doktoranden Alissa Monte letar efter händelser som händer vid detektorns gränser där det är mindre effektivt att samla ljus, där laddning kan fastna, eller händelser tappar energi med kanteffekter. Hennes arbete i dessa mindre "ideala" regioner hjälper forskare att förstå hela detektorns beteende.

Att vänta på mörk materia är en zenliknande process. "Om vi ​​vill se mörk materia, det är en helt ny signal, "förklarar Pocar." Det finns radioaktivitet i allt. Så du måste veta hur dessa signaler ser ut i din detektor och hur de kan maskeras som mörk materia. "

"Om vi ​​ser en händelse smyga in, "Pocar fortsätter, "Det är statistiskt sett extremt signifikant. Vi skulle tvingas börja påstå att det faktiskt är en signal."

Monte presenterade sin affisch på Dark Matter 2018 -symposiet på UCLA, där hon och resten av Pocars team gav sin första rapport om instrumentets höga känslighet för en viss klass av principer för mörk materia. Teamet hade samlat in data för en mätning som de inte ens hade förväntat sig att kunna göra.

"Det visade sig att vi var känsligare än alla experiment som för närvarande körs inom ett visst massintervall, "berättar Pocar." Det har funnits några decennier av forskning som har dragit gränserna för att leta efter de tunga grejerna men inte hittat något. Folk började ifrågasätta kanske det inte är rätt ställe att leta efter det. Så här kommer vi med detta experiment där flera experiment börjar se ut. "

Teamet har nu fått en "utsökt förståelse" för hur detektorn indikerar bakgrundshändelser. "Ingen förväntade oss ens att vi skulle säga något om denna lågmassa mörka materia, och vi sätter världens bästa känslighet, "säger Pocar." Plötsligt, vi är en spelare i det här spelet. "