Tidigare kosmologiska och astrofysiska observationer tyder på att över en fjärdedel av universums energitäthet består av en icke-konventionell typ av materia som kallas mörk materia. Denna typ av materia antas vara sammansatt av partiklar som inte absorberar, avge eller reflektera ljus, och kan därför inte observeras direkt med konventionella detektionsmetoder.

Forskare över hela världen har genomfört studier som syftar till att upptäcka mörk materia i universum, än så länge, ingen av dem har lyckats. Även den föredragna kandidaten för mörk materia, svagt interagerande massiva partiklar (WIMP), har ännu inte observerats experimentellt.

China Dark Matter Experiment (CDEX) samarbete, ett stort team av forskare vid Tsinghua University och andra universitet i Kina, har nyligen genomfört en sökning efter en annan möjlig kandidat för mörk materia som kallas den mörka fotonen. Även om sökningen misslyckades, deras papper, publicerad i Fysiska granskningsbrev , identifierar nya begränsningar för en mörk fotonparameter som kan informera framtida studier.

"Den mörka fotonen, en hypotetisk osynlig partikel, är en attraktiv kandidat för mörk materia, som också kan vara en ny interaktionsförmedlare mellan mörk materia och normal materia, "Qian Yue, en av forskarna som genomförde studien, berättade för Phys.org. "Studiet och upptäckten av mörk materia kan bidra till att förlänga standardmodellen (SM) för partikelfysik och utöka vår kunskap om universum."

CDEX -samarbetet har genomfört sökningar efter ljus mörk materia sedan en tid tillbaka, med hjälp av en 10 kg p-typ germaniumdetektor för p-typ installerad vid China Jinping underground laboratorium (CJPL). CJPL är den djupaste underjordiska forskningsanläggningen i världen, med en stenöverbelastning på 2400 meter.

Detektorn som används av forskarna består av tre germaniumdetektorsträngar med tre element, omgiven av 20 cm tjock, hög renhet, syrefri koppar, som fungerar som en passiv sköld mot omgivande radioaktivitet. Detta instrument nedsänks direkt i flytande kväve för att upprätthålla relativt svala temperaturer.

"Mörka fotoner kan detekteras experimentellt genom deras absorption och omvandling till elektroner i germaniumdetektorerna i en process som är analog med den fotoelektriska effekten av SM -fotoner, "Yue förklarade." Intensiva fotonkällor, t.ex., solen, ger en utmärkt plattform för att leta efter mörka fotoner. Med en räckvidd på 100 eV, lågenergitröskeln för germaniumdetektorer med punktkontakt är särskilt lämplig för studier av mörka fotoner. "

I deras senaste tidning, Yue och hans kollegor analyserade data som samlats in med hjälp av detektorn vid CJPL mellan februari 2017 och augusti 2018, söker efter mörka solfotoner och mörka fotoner, två kandidater för mörk materia. Medan forskarna inte kunde observera signaler som pekade på någon av dessa kandidater, de lyckades sätta begränsningar för den effektiva kinetiska blandningsparametern mellan mörka fotoner och SM -fotoner.

"Som en attraktiv kandidat för mörk materia och en ny möjlig interaktionsförmedlare mellan mörk materia och normal materia, den mörka fotonen är attraktiv för ytterligare teoretiska och experimentella insatser, "Sade Yue." Vårt arbete har undersökt ett nytt parameterutrymme och satt de strängaste gränserna för solmörka fotoner bland direktdetekteringsförsöken. "

Den senaste studien utförd av Yue och hans kollegor ger värdefull ny feedback som kan informera framtida sökningar efter mörk materia, särskilt för mörka fotoner. Dessutom, deras arbete förstärker det nuvarande globala intresset för att utforska andra kandidater för mörk materia, går utöver WIMP och deras detekteringskanal för elastisk spridning med kärnan.

"För att ytterligare främja sökandet efter ljus mörk materia, vi kommer att installera om CDEX-10-detektormatrisen i en ny, större kristalltank med flytande kväve med en volym på ca 1700 m ³ i Hall-C i det nya CJPL-II-laboratoriet under de kommande två åren, där avskärmning från omgivande radioaktivitet tillhandahålls av det 6 meter tjocka flytande kvävet, "Yue sa." Ytterligare germaniumdetektorer, upp till ca 100 kg, är planerade för distribution i kryotanken med minskad bakgrund och högre detekteringseffektivitet. "

© 2020 Science X Network