El experimento de materia oscura de Xenón Subterráneo Grande LUX, que opera bajo una milla de roca en el Centro de Investigación Subterránea de Sanford en Black Hills, Dakota del Sur, ha completado su búsqueda de la materia faltante del universo.
Hoy en una conferencia internacional de materia oscura IDM 2016 en Sheffield, Reino Unido, los colaboradores científicos de LUX presentaron los resultados de la última ejecución de 20 meses del detector desde octubre de 2014 hasta mayo de 2016. El nuevo resultado de la investigación también se describe con más detalles sobreel sitio web de LUX Collaboration. http://luxdarkmatter.org
La sensibilidad de LUX superó con creces las expectativas originales del experimento, dijeron los científicos de colaboración, pero no arrojó ningún rastro de una partícula de materia oscura. La sensibilidad extrema de LUX hace que el equipo confíe en que si las partículas de materia oscura hubieran interactuado con el objetivo de xenón de LUX, el detector podríaes casi seguro que los haya visto. Estos nuevos límites en la detección de materia oscura permitirán a los científicos eliminar muchos modelos potenciales de partículas de materia oscura, ofreciendo una guía crítica para la próxima generación de experimentos de materia oscura.
"LUX ha entregado la mejor sensibilidad de búsqueda del mundo desde su primera ejecución en 2013", dijo Rick Gaitskell, profesor de física en la Universidad de Brown y co-portavoz del experimento LUX. "Con este resultado final de la ejecución 2014-2016,Los científicos de LUX Collaboration han llevado la sensibilidad del instrumento a un nivel de rendimiento final que es 4 veces mejor de lo esperado originalmente. Hubiera sido maravilloso si la sensibilidad mejorada también hubiera emitido una señal clara de materia oscura. Sin embargo, lo que tenemosobservado es coherente con el fondo solo "
Se cree que la materia oscura representa más de cuatro quintos de la masa en el universo. Los científicos confían en su existencia porque los efectos de su gravedad se pueden ver en la rotación de las galaxias y en la forma en que la luz se dobla a medida que viajaa través del universo, pero los experimentos aún no han hecho contacto directo con una partícula de materia oscura. El experimento LUX fue diseñado para buscar partículas masivas de interacción débil, o WIMP, el principal candidato teórico para una partícula de materia oscura. Si la idea de WIMP es correcta, miles de millones de estas partículas pasan a través de su mano cada segundo, y también a través de la Tierra y todo lo que hay en ella. Pero debido a que los WIMP interactúan tan débilmente con la materia ordinaria, este recorrido fantasmal pasa completamente desapercibido.
El detector LUX consiste en un tercio de tonelada de xenón líquido enfriado rodeado de potentes sensores diseñados para detectar el pequeño destello de luz y carga eléctrica emitida si un WIMP colisiona con un átomo de xenón dentro del tanque. La ubicación del detectoren Sanford Lab debajo de una milla de roca, y dentro de un tanque de agua de alta pureza de 72,000 galones, ayuda a protegerlo de los rayos cósmicos y otras radiaciones que interferirían con una señal de materia oscura.
Los 20 meses de LUX representan una de las exposiciones más grandes jamás recolectadas por un experimento de materia oscura, dijeron los investigadores. El rápido análisis de casi medio millón de gigabytes de datos fue posible con el uso del Centro de Computación de la Universidad de Browny Visualización CCV y las simulaciones avanzadas por computadora en el Centro Nacional de Computación Científica de Investigación de Energía NERSC del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley Berkeley Lab, una Instalación de Usuario de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de los EE. UU. Berkeley Lab también es el DOE principallaboratorio para operaciones LUX.
"Estoy particularmente satisfecho con el apoyo que LUX recibió de NERSC en el procesamiento de estos datos", dijo Kevin Lesko, líder del grupo del grupo Dark Matter de Berkeley Lab. "Los estudiantes, postdoctorales y visitantes de Berkeley que trabajan en este análisis hicieron un uso extensivodel NERSC para escaneo de eventos, calibración, simulaciones de Monte Carlo y el esquema de cegamiento de datos "
Calibración cuidadosa
La exquisita sensibilidad lograda por el experimento LUX se produjo gracias a una serie de medidas de calibración pioneras destinadas a ayudar a los científicos a diferenciar entre una señal de materia oscura y los eventos creados por la radiación de fondo residual que incluso la construcción elaborada del experimento no puede bloquear por completo.
"Como la respuesta de carga y señal luminosa del experimento LUX varió ligeramente durante el período de búsqueda de materia oscura, nuestras calibraciones nos permitieron rechazar consistentemente los fondos radiactivos, mantener una firma bien definida de materia oscura para buscar y compensar un pequeñoacumulación de carga estática en las paredes del detector interno de teflón ", dijo Dan McKinsey, profesor de física en la Universidad de California, Berkeley, científico senior de la facultad en Berkeley Lab y co-portavoz del experimento LUX.
"Trabajamos duro y nos mantuvimos atentos durante más de un año y medio para mantener el detector funcionando en condiciones óptimas y maximizar el tiempo de datos útiles", dijo Simon Fiorucci, físico del Laboratorio Berkeley y Gerente de Coordinación Científica para el experimento ".El resultado son datos inequívocos de los que podemos estar orgullosos y un resultado oportuno en este campo tan competitivo, incluso si no es la detección positiva que todos esperábamos ".
La búsqueda continúa
Si bien el experimento LUX eliminó con éxito una gran franja de rangos de masa y fuerzas de acoplamiento de interacción donde podrían existir WIMP, el modelo WIMP en sí mismo "permanece vivo y viable", dijo Gaitskell, físico de la Universidad de Brown. Y el trabajo meticuloso de LUXlos científicos ayudarán a futuros experimentos de detección directa.
Entre esos experimentos de próxima generación estará el experimento LUX-ZEPLIN LZ, que reemplazará a LUX en el Centro de Investigación Subterránea de Sanford.
En comparación con un tercio de tonelada de xenón líquido de LUX, LZ tendrá un objetivo de xenón líquido de 10 toneladas, que se ajustará dentro del mismo tanque de agua pura de 72,000 galones utilizado por LUX para ayudar a defenderse de la radiación externa. LZ esse espera que tenga 70 veces la sensibilidad de LUX y continuará la búsqueda en 2020. "Esperamos albergar el experimento LUX-ZEPLIN, que proporcionará otro gran paso adelante en sensibilidad", dijo Mike Headley, Director Ejecutivo deAutoridad de Ciencia y Tecnología de Dakota del Sur SDSTA.
LUX, el primer gran experimento de astrofísica en el Campus Davis de la Instalación de Investigación Subterránea de Sanford Sanford Lab, se instaló en 2012 y está ubicado en la antigua Mina de Oro Homestake en Lead, SD Una instalación propiedad de Dakota del Sur, esadministrado por el SDSTA, que reabrió la mina en 2007 con $ 40 millones en fondos de la Legislatura del Estado de Dakota del Sur y una donación de $ 70 millones del filántropo T. Denny Sanford. La Oficina de Ciencia del DOE apoya las operaciones de Sanford Lab; Berkeley Lab proporcionó la gestión y supervisión deel apoyo de operaciones del DOE de Sanford Lab durante los últimos cinco años.
La colaboración científica LUX, que cuenta con el apoyo del DOE y la National Science Foundation NSF, incluye 20 universidades de investigación y laboratorios nacionales en los Estados Unidos, el Reino Unido y Portugal.
"El anuncio de este nuevo resultado de LUX eleva el listón en la búsqueda de materia oscura, superando nuestras expectativas", dijo Natalie Roe, Directora de la División de Física en Berkeley Lab. "Con la finalización exitosa de LUX, ahora estamos enfocados enel éxito de LZ, que esperamos produzca un descubrimiento dramático "
El mayor apoyo para LUX provino de la Oficina de Ciencia del DOE.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Original escrito por Dan Krotz. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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