Los resultados experimentales del detector de materia oscura XENON1T limitan el tamaño efectivo de las partículas de materia oscura a 4.1 x 10 -47 centímetros cuadrados - una billonésima de una billonésima parte de un centímetro cuadrado - el límite más estricto hasta ahora determinado para la materia oscura según lo establecido por el detector más sensible del mundo.
Los resultados, presentados el lunes en un seminario en Italia en el Gran Sasso Underground Laboratory LNGS, se produjeron utilizando un volumen objetivo activo de 1.300 kilogramos de xenón, la primera búsqueda de materia oscura que ha monitoreado el equivalente de una tonelada dexenón por un año entero.
"Ahora tenemos el límite más estricto para lo que se conoce como 'la sección transversal del nucleón WIMP', que es una medida del tamaño efectivo de la materia oscura, o qué tan fuertemente interactúa con la materia normal", dijo Ethan Brown, unmiembro de la Colaboración XENON y profesor asistente de física, física aplicada y astronomía en el Instituto Politécnico Rensselaer. "Con estos resultados, ahora hemos probado muchos modelos teóricos nuevos de materia oscura y hemos impuesto las restricciones más fuertes hasta la fecha".
La materia oscura se teoriza como uno de los componentes básicos del universo, cinco veces más abundante que la materia ordinaria. Pero debido a que las partículas de materia oscura conocidas como "partículas masivas que interactúan débilmente" o "WIMP", no se pueden ver y rara vez interactúancon la materia ordinaria, su existencia nunca ha sido confirmada.
Varias mediciones astronómicas han corroborado la existencia de materia oscura, lo que lleva a un esfuerzo mundial para observar directamente las interacciones de partículas de materia oscura con materia ordinaria. Hasta el presente, las interacciones han demostrado ser tan débiles que han escapado a la detección directa, obligando a los científicos aconstruir detectores cada vez más sensibles.
Desde 2002, la Colaboración XENON, que incorpora 165 científicos de 12 países, ha operado tres detectores de xenón líquido sucesivamente más sensibles en GNL en Italia, y XENON1T es su empresa más poderosa hasta la fecha y el detector más grande de su tipo jamás construido.Las interacciones en xenón líquido crean pequeños destellos de luz, y el detector está diseñado para capturar el destello en la rara ocasión en que una partícula de materia oscura colisiona con un núcleo de xenón.
Los resultados analizan 279 días de datos, según Elena Aprile, profesora de la Universidad de Columbia y líder del proyecto. Durante ese tiempo, solo se esperaban dos eventos de fondo en la región más limpia y más interna del detector. Sin embargo, no se detectaron eventos, lo que sugiere que las partículas de materia oscura deben ser incluso más pequeñas de lo que se pensaba anteriormente. Una parte del análisis de datos se realizó en Rensselaer, ya que los científicos de los institutos colaboradores de todo el mundo se reunieron en el Instituto a fines de 2018 para revisar los datos y finalizar las rutinas de análisis que eliminarían irrelevantesinformación de los datos recopilados.
La sensibilidad del detector es una función de su tamaño y su "silencio". Aunque las interacciones de la materia oscura son raras, las interacciones con otras formas de materia son comunes, y un detector sensible está diseñado para minimizar esas interacciones. Para protegerlo deradiactividad natural en la caverna, el detector una llamada cámara de proyección de tiempo de xenón líquido se encuentra dentro de un criostato sumergido en un tanque de agua. Una montaña sobre el laboratorio subterráneo protege aún más el detector de los rayos cósmicos.
Incluso con blindaje del mundo exterior, los contaminantes se filtran en el xenón de los materiales utilizados en el detector y, entre sus contribuciones, Brown es responsable de un sofisticado sistema de purificación que continuamente friega el xenón en el detector. Como el tamaño delos detectores han crecido, al igual que la complejidad del sistema de purificación: no solo hay más xenón para limpiar, sino que debe mantenerse limpio para que la luz y la carga puedan moverse a través del mayor volumen del detector. En la fase actual, Browndijo que su equipo "se amplió, agregando más bombas y más purificadores" al sistema.
"Nuestro trabajo ha mantenido un alto nivel de pureza para la mayor cantidad de xenón durante el período de tiempo más largo", dijo Brown. "Es un logro que permite que otros experimentos se basen en el rendimiento de este sistema de purificación".
En la próxima fase, Brown presentará una nueva solución, una bomba de nuevo diseño construida con piezas ultra limpias en su laboratorio en Rensselaer en colaboración con investigadores de Stanford y de la Universidad de Muenster en Alemania. Donde las bombas actuales contribuyen con un tercio dela mitad del radón total en el experimento, las nuevas bombas estarán esencialmente libres de radón, eliminando una de las mayores contribuciones al fondo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Politécnico Rensselaer . Original escrito por Mary L. Martialay. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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