oktober 22, 2021

Nettnord.no

Næringsnett Nord-Troms

XENON1T -eksperimentet kan ha oppdaget mørk energi

Mørk energi, den mystiske kraften som får universet til å sette fart, kan ha vært ansvarlig for de uventede resultatene av XENON1T -eksperimentet, langt under Apenninene i Italia.

En ny studie, ledet av forskere ved University of Cambridge og publisert i tidsskriftet Fysisk gjennomgang D, antyder at noen uforklarlige resultater fra XENON1T -eksperimentet i Italia kan ha vært forårsaket av mørk energi, og ikke av den mørke materien som eksperimentet var designet for å oppdage.

“Det var overraskende at dette overskuddet i prinsippet kunne ha vært forårsaket av mørk energi i stedet for mørk materie. Når ting passer sammen som dette, er det veldig spesielt. “- Solrik vagnozzi

De bygde en fysisk modell for å forklare resultatene, som kan ha sin opprinnelse fra mørke energipartikler produsert i et område av Solen med sterke magnetfelt, selv om fremtidige eksperimenter vil være nødvendige for å bekrefte denne forklaringen. Forskerne sier at studien deres kan være et viktig skritt mot direkte påvisning av mørk energi.

Alt øynene våre kan se på himmelen og i vår hverdag, fra små måner til massive galakser, fra maur til blåhval, utgjør mindre enn fem prosent av universet. Resten er mørk. Omtrent 27% er mørk materie, den usynlige kraften som holder galakser og den kosmiske banen sammen, mens 68% er mørk energi, noe som får universet til å ekspandere i en akselerert hastighet.

“Selv om begge komponentene er usynlige, vet vi mye mer om mørk materie, ettersom dens eksistens ble foreslått allerede på 1920 -tallet, mens mørk energi ikke ble oppdaget før i 1998,” sa Dr. Sunny Vagnozzi ved Kavli Institute of Cosmology, Cambridge . den første forfatteren av artikkelen. “Eksperimenter i stor skala som XENON1T er designet for å direkte oppdage mørkt materiale, på jakt etter tegn på at mørkt materie” treffer “vanlig materie, men mørk energi er enda mer unnvikende.”

READ  Klimaendringer drepte dinosaurer før asteroiden traff: studie

For å oppdage mørk energi, ser forskere generelt etter gravitasjonsinteraksjoner – måten objekter trekkes av tyngdekraften. Og på de største skalaene er gravitasjonseffekten av mørk energi frastøtende, trekker ting bort fra hverandre og akselererer universets ekspansjon.

For omtrent et år siden rapporterte XENON1T -eksperimentet et uventet signal eller overskudd over forventet bakgrunn. “Denne typen overdrev er ofte feil, men fra tid til annen kan de også føre til grunnleggende funn,” sa Dr. Luca Visinelli, forsker ved Frascati National Laboratories i Italia, som var medforfatter av studien. “Vi utforsket en modell der dette signalet kan tilskrives mørk energi, i stedet for den mørke saken som eksperimentet opprinnelig ble designet for.”

På den tiden var den mest populære forklaringen på overskuddet aksjoner, hypotetiske ekstremt lette partikler, produsert i solen. Denne forklaringen tåler imidlertid ikke observasjoner, ettersom antall aksjoner som ville være nødvendig for å forklare XENON1T -signalet ville drastisk endre utviklingen av stjerner som er mye tyngre enn Solen, i konflikt med det vi observerer.

Vi forstår langt fra fullt ut hva mørk energi er, men de fleste fysiske modeller for mørk energi vil føre til eksistensen av den såkalte femte kraften. Det er fire grunnleggende krefter i universet, og alt som ikke kan forklares med en av disse kreftene kalles noen ganger resultatet av en ukjent femte kraft.

Imidlertid vet vi at Einsteins gravitasjonsteori fungerer veldig bra i lokaluniverset. Derfor er enhver femte kraft forbundet med mørk energi uønsket og må være ‘skjult’ eller ‘filtrert’ når det gjelder små skalaer, og kan bare operere på de større skalaene der Einsteins tyngdekraftsteori ikke klarer å forklare akselerasjonen til Univers. For å skjule den femte kraften er mange mørke energimodeller utstyrt med såkalte filtreringsmekanismer, som dynamisk skjuler den femte kraften.

READ  $ 50 Fleece Glidelås jeg har bodd i mens jeg jobbet hjemmefra - True Grit Review

Vagnozzi og hans medforfattere bygde en fysisk modell, som brukte en type deteksjonsmekanisme kjent som kameleontektering, for å vise at mørke energipartikler produsert i solens sterke magnetfelt kan forklare overflødig XENON1T.

“Vår kameleonscreening stopper produksjonen av mørke energipartikler i svært tette gjenstander, og unngår problemene med solaksjoner,” sa Vagnozzi. “Det lar oss også koble fra det som skjer i det lokale, veldig tette universet fra det som skjer på de større skalaene, hvor tettheten er ekstremt lav.”

Forskerne brukte modellen til å vise hva som ville skje med detektoren hvis mørk energi ble produsert i et bestemt område av solen, kalt en takoklin, hvor magnetfelt er spesielt sterke.

“Det var virkelig overraskende at dette overskuddet i prinsippet kunne ha vært forårsaket av mørk energi i stedet for mørk materie,” sa Vagnozzi. “Når ting passer sammen som dette, er det veldig spesielt.”

Beregningene deres antyder at eksperimenter som XENON1T, som er designet for å oppdage mørkt materiale, også kan brukes til å oppdage mørk energi. Imidlertid har det opprinnelige overskuddet ennå ikke blitt bekreftet overbevisende. “Vi må først vite at dette ikke bare var et tilfelle,” sa Visinelli. “Hvis XENON1T virkelig så noe, ville jeg forvente å se et lignende overskudd igjen i fremtidige eksperimenter, men denne gangen med et mye sterkere signal.”

Hvis overskuddet var et resultat av mørk energi, betyr kommende oppdateringer til XENON1T-eksperimentet, så vel som eksperimenter som forfølger lignende mål som LUX-Zeplin og PandaX-xT, at det kan være mulig å oppdage mørk energi direkte i det neste tiåret.

Referanse: “Direct Detection of Dark Energy: XENON1T Excess and Future Prospects” av Sunny Vagnozzi, Luca Visinelli, Philippe Brax, Anne-Christine Davis og Jeremy Sakstein, 15. september 2021, Fysisk gjennomgang D.
DOI: 10.1103 / PhysRevD.104.063023

READ  Hvorfor små tardigrader går som insekter 500 000 ganger deres størrelse