Qaranlıq maddə ilə maraqlanırsınız? Üç alim suallarınıza cavab verir

Enectali Figueroa-Feliciano

Enectali Figueroa-Feliciano


Harry nelson

Harry nelson

Boz Rybka

Boz Rybka


Noyabrın 20 -si, saat 12 -dən. 12: 30 -a qədər PST (20:00-20:30 UTC), Enectali Figueroa-Feliciano, Harry Nelson və Grey Rybkasuallarınıza cavab verinqaranlıq maddə təcrübələrinin gələcək nəsli haqqında. Suallarınızı info@kavlifoundation.org ünvanına e -poçt göndərməklə və ya #KavliLive hashtagini istifadə edərək veb yayımından əvvəl və zamanı göndərin.Twittervə yaGoogle+. Bu arada, Kelen Tuttle və Kavli Vəqfi tərəfindən hazırlanan bu elm adamları ilə dəyirmi masa müzakirəsinə əsaslanaraq qaranlıq maddə mövzusunda məlumat əldə edin.

ENECTALI FIGUEROA-FELICIANO- SuperCDMS əməkdaşlığının üzvü və MIT Kavli Astrofizika və Kosmik Tədqiqatlar İnstitutunda fizika kafedrasının dosentidir.

HARRY NELSON-LUX-ZEPLIN təcrübəsinin elmi rəhbəridir və Santa Barbara Kaliforniya Universitetində fizika professoru.

BALIQ OYUNU-ADMX Gen 2 təcrübəsinə həmsöhbət olaraq rəhbərlik edir və Vaşinqton Universitetində fizika kafedrasının dosentidir.




KAVLI VAKFI:Üç yeni nəsil qaranlıq maddə təcrübəsi-Axion Dark Matter eXperiment Gen 2, LUX-ZEPLIN və SNOLAB-da Super Kriogen Qaranlıq Maddə Axtarışı-2014 -cü ilin iyul ayında maliyyələşdirmə üçün yaşıl işıq yandı. Hər biri bugünkü qaranlıq maddə detektorlarından ən azı 10 qat daha həssas olacaq. Qaranlıq maddənin adi maddədən beş qat daha çox yayıldığını bilirik və qaranlıq maddənin qalaktikaların bir araya gəlməsinə köməkçi olduğu qənaətinə gələ bilərik. Deməli, bu maddə kainatımızı meydana gətirənlərin böyük bir hissəsidir və kainatımızın niyə belə göründüyünün vacib bir hissəsidir. Bəs onda niyə bunu birbaşa müşahidə edə bilməmişik? Bizi nə saxlayır?

HARRY NELSON:Çətinliyin böyük bir hissəsi, qaranlıq maddənin bizimlə çox da qarşılıqlı əlaqədə olmamasıdır. Qaranlıq maddənin qalaktikamızdan hər zaman keçdiyini bilirik, ancaq hazırladığımız maddənin növünü pozmur.

Ancaq bundan əlavə, qaranlıq maddənin özü ilə çox da qarşılıqlı əlaqəsi yoxdur. Hər gün ətrafımızda gördüyümüz maddə öz -özünə təsir edir: Atomlar molekullar, molekullar kir, torpaqlar isə planetlər əmələ gətirir. Ancaq qaranlıq maddədə belə deyil. Qaranlıq maddə geniş yayılmışdır və alışdığımız kimi sıx cisimlər yaratmır. Bu, bizim maddənin növü ilə çox tez -tez əlaqə qurmaması ilə birlikdə aşkarlanmasını çətinləşdirir.

ENECTALI FIGUEROA-FELICIANO:Harrinin dedikləri tam doğrudur. Fikrimcə, təbiət sakitdir. Kainatın necə işlədiyinin daxili quruluşu ilə bağlı anlamadığımız bir şey var. Teorisyenler, qaranlıq maddenin hissəciklərimizlə necə qarşılıqlı təsir göstərə biləcəyini yazdıqda, ən sadə modellər üçün bunu artıq görməli olduğumuzu görürlər. Hələ tapa bilməsək də, indi deşifr etməyə çalışdığımız bir mesaj var.


TKF:Əslində, təbiət o qədər rahatdır ki, qaranlıq maddə hissəciklərinin necə olduğunu hələ bilmirik. Boz, təcrübəniz - ADMX - Tali və Harrinin axtardığından fərqli bir hissəcik axtarır. Niyə belədir?

BALIQ OYUNU:Dediyiniz kimi, mənim layihəm - Axion Dark Matter eXperiment və ya ADMX, nə elektrik yükü, nə də fırlanma ilə son dərəcə yüngül olan axion adlı qaranlıq maddə hissəciklərinin nəzəri bir növünü axtarır. Harry və Tali, dünyamızla çox zəif və nadir hallarda qarşılıqlı əlaqədə olan bir sıra teorik hissəcikləri təsvir edən Zəif Qarşılıqlı Kütləvi Zərrəciklər üçün WIMP adlı fərqli bir qaranlıq maddə axtarırlar.

Həm WIMP, həm də axion həqiqətən qaranlıq maddələr üçün yaxşı namizədlərdir. Xüsusilə əladırlar, çünki həm qaranlıq maddəni, həm də digər fizikanın sirlərini izah edəcəklər. Güman edirəm ki, axionu bəyənirəm, çünki onu axtaran bir çox təcrübə yoxdur. Bir şey axtarmaq üçün qumar oynayacağam və çox vaxt keçirəcəyəmsə, hamının axtardığı bir şeyi axtarmaq istəmirəm.

ADMX təcrübəsini 2010 -cu ildən bəri yeniləyirik və aksionların orada olub olmadığını görmək üçün lazım olan vasitələrə sahib olduğumuzu nümayiş etdirdik. ADMX, bu axionun ola biləcəyi müxtəlif kütlələri bir -bir taradığımız bir tarama təcrübəsidir. Nə qədər sürətli tarayacağımız, təcrübəni nə qədər soyuq edə biləcəyimizdən asılıdır. Gen2 ilə gələn ay gələcək çox güclü bir soyuducu alırıq. Gəldikdən sonra çox, çox tez taraya biləcəyik və axsion tapmaq şansımızın daha çox olacağını hiss edirik - əgər orda olarlarsa.


TKF:Və Harry, niyə WIMP -ə bahis edirsən?

NELSON:WIMP -lərə bahis etsəm də, aksiyanı çox sevirəm. Hətta geri dönəndə axsons haqqında bəzi məqalələr də yazmışdım. Ancaq bu günlərdə, Qreyin dediyi kimi, WIMP axtarıram. Mənim əməkdaşlığım hal -hazırda Deadwood şəhərini meydana gətirən 1876 -cı il qızıl tələfatının nəticəsi olan mədənin daxilində, Cənubi Dakotanın məşhur Black Hills -də Böyük Yeraltı Xenon və ya LUX təcrübəsini həyata keçirir. Bu ay 12 aylıq qaçışımıza LUX ilə başlayırıq. Yeni LUX-ZEPLIN layihəsi üçün detektorumuzu 100 qat daha həssas etmək üçün onu təkmilləşdirmək planlarımızı diqqətlə hazırlayırıq.

Amma doğrusunu deyim ki, əslində bütün bu ehtimalların mümkünsüz olduğuna dair bir az münasibətim var. Mən demirəm ki, onlar üçün ovlamaq dəyərsizdir; bu heç də belə deyil. Sadəcə, təbiət fiziklərin istədiklərinə hörmət etmək məcburiyyətində deyil. Atom nüvəsini bir arada tutan güclü nüvə gücündən məsul olan öz güclü qarşılıqlı əlaqəmizi daha yaxşı başa düşmək istəyirik. Axion bunu etməyə kömək edəcək.

WIMP əladır, çünki Böyük Partlayış fizikasına sadə bir şəkildə uyğundur. Bir çox elm adlandırılanlara əsaslanırOccam ülgüc: Mümkün olan ən sadə fərziyyələri irəli sürürük və sonra çox yaxşı sınaqdan keçiririk və yalnız ehtiyac duyduğumuz halda sadəlikdən imtina edirik. Həmişə WIMP -nin axiondan bir qədər sadə olduğunu hiss etmişəm. Hər ikisi çətin olsa da, hələ də düşünə biləcəyimiz ən yaxşı namizədlərdir. Yəqin ki, qaranlıq maddənin ya WIMP -dən, ya da axiondan bir qədər fərqli olması daha çox ehtimal olunur, amma bir yerdən başlamalıyıq və WIMP və axion təsəvvür edə biləcəyimiz ən yaxşı başlanğıc nöqtələridir.

TKF:WIMP -nin orada olmadığını ehtimal edirsinizsə, niyə axtarırsınız?

NELSON:WIMP və axion ən yaxşı nəzəri motivasiyaya malikdir. Həm WIMP -lərin, həm də axionların həqiqətən güclü təcrübələrə sahib olması çox xoşdur.

FIGUEROA-FELICIANO: Təcrübəçi olaraq, nəzəriyyəçilərin çox ağıllı olduqları nöqteyi-nəzərindən gəlirəm və qaranlıq maddənin nə ola biləcəyi ilə bağlı inanılmaz bir sıra mümkün ssenarilər hazırladım. Və Harrinin dediyi kimi istifadə etməyə çalışırıqOccam ülgücbu işlərdən hansının digərlərindən daha çox ehtimal olunduğunu öyrənməyə çalışaq. Ancaq bu, bu mövzuda heç bir səhv deyil. Qaranlıq maddə mümkün olan ən sadə izahı izləməyə bilər. Buna görə bir az aqnostik olmalıyıq.

Qızıl axtarmağa bənzəyir. Harrinin qabı var və o, dərin bir gölməçədə qızıl axtarır, biz isə bir qədər dayaz bir gölməçəyə baxırıq, Gray isə yuxarıya doğru bir az öz yerində baxır. Qızılın harada olduğunu bilmirik, çünki harada olduğunu bilmirik.

Bununla birlikdə, bu üç axtarışın nə qədər tamamlayıcı olduğunu vurğulamağın vacib olduğunu düşünürəm. Qaranlıq maddənin ola biləcəyi bir çox yerə birlikdə baxırıq. Ancaq əlbəttə ki, bütün variantları əhatə etmirik. Harrinin dediyi kimi, orada qaranlıq maddə ola bilər, amma üç təcrübəmiz heç vaxt heç bir şey görməyəcək, çünki səhv yerə baxırıq - bu, hələ axtarmağa başlamadığımız çayın başqa bir çəngəlində ola bilər. .

Ümumiyyətlə, qaranlıq enerjinin kainatdakı bütün kütlənin və enerjinin 73 % -ni təşkil etdiyi düşünülür. Digər 23 faizi qaranlıq maddədən ibarətdir ki, bu da kainatın yalnız 4 faizini ulduzlar, planetlər və insanlar kimi nizamlı maddələrdən ibarətdir. NASA vasitəsilə pasta qrafiki

Ümumiyyətlə, qaranlıq enerjinin kainatdakı bütün kütlənin və enerjinin 73 % -ni təşkil etdiyi düşünülür. Digər 23 faizi qaranlıq maddədən ibarətdir ki, bu da kainatın yalnız 4 faizini ulduzlar, planetlər və insanlar kimi nizamlı maddələrdən ibarətdir. NASA vasitəsilə pasta qrafiki

BALIQ:Bir az daha optimist baxıram. Tali'nin dediyi kimi, bütün təcrübələr tamamilə yanlış bir yerə baxıla bilər, amma hamısının qaranlıq maddəni tapması da mümkündür. Qaranlıq maddənin yalnız bir növ hissəcikdən hazırlanmasını tələb edəcək heç bir şey yoxdur ki, bu qədər sadə olsun. Qaranlıq maddə üçdə bir axs, üçdə biri ağır WIMP və üçdə biri yüngül WIMP ola bilər. Gördüyümüz hər şeydən mükəmməl şəkildə icazə verilə bilər.

FIGUEROA-FELICIANO:Razıyam. Deməliydim ki, axtardığımız qızıl külçə çox qiymətlidir. Axtarış çətin olsa da, dəyərlidir, çünki çox dəyərli bir şey axtarırıq: qaranlıq maddənin nədən ibarət olduğunu anlamaq və kainatımızın yeni bir hissəsini kəşf etmək. Bu axtarışın sonunda çox gözəl bir mükafat var, buna görə tamamilə dəyərlidir.

TKF:Tali, bizə qaranlıq maddənin çox dəyərli külçəsi üçün saxladığınız gölməçə haqqında bir az danışın.

FIGUEROA-FELICIANO:Təcrübəm hal -hazırda Minnesota ştatının Soudan şəhərində, yarım kilometrdən bir qədər (2341 fut yüksəklikdə) yeraltı bir mədənin içərisində aparılır. SuperCDMS Soudan adlanan bu sınaq, daha yüngül tərəfdə olan WIMP-ləri axtarmağa imkan verən inkişaf etdirdiyimiz yeni bir texnologiyanı nümayiş etdirmək üçün hazırlanmışdır. Məlum olur ki, Harry -nin axtardığından daha yüngül olan müəyyən WIMP sinifləri detektorlara çox az enerji yatırır. Dedektörlerimiz, radioaktiv materiallardan, kosmik şüalardan və detektorlarımızdan axan hər cür başqa şeydən aldığımız bir çox fərqli siqnaldan detektora yığılmış çox az miqdarda enerjini ayırd edə bilir. Bu ayrılığı edə bilmək həm SuperCDMS, həm də LZ üçün çox vacibdir.

Təcrübəmizin növbəti addımı SuperCDMS SNOLAB adlanır. SNOLAB, Kanadada 2 kilometr (6,531 fut) dərinlikdə olan bir nikel mədənidir. Aşağı kütləli WIMP-ləri axtarmaq üçün orada yeni bir sınaq qurmağı təsdiqlədik. Ayrıca, LUX və ya LZ daha yüksək kütləvi WIMP görürsə, bu ölçməni yoxlaya biləcəyik. Hal-hazırda, dizaynı tamamlamaq və bu yeni SNOLAB təcrübəsini bir araya gətirmək üçün ilk addımları atmaq prosesindəyik. Önümüzdəki bir neçə ildə detektorların ilk mərhələsinə sahib olacağımızı gözləyirik.

TKF:Təcrübələrinizdən biri qaranlıq maddənin dəlillərini taparsa, şampan şərabından sonra növbəti addımlar nə olardı?

BALIQ:Şüşəyə qoy və sat! Ancaq həqiqətən deyərdim ki, kimsə kəşf edilən qaranlıq maddənin kainatdakı bütün qaranlıq maddənin yüzdə 100'ünü təşkil etdiyini qəti şəkildə isbat edənə qədər, bütün təcrübələrin belə bir kəşfdən sonra da davam etməsi lazım olardı.

NELSON:Bununla razılaşardım. Biz də qazmalı və kəşf etdiklərimizi anlamağa çalışmalıyıq. Parçacıq fizikasında, fiziki bir sistemin kvant-mexaniki təsvirində vacib olan bir xüsusiyyəti, kütləsini, fırlanmasını və paritetini bilməyincə hissəcikləri kəşf etmədiyinizə dair köhnə bir söz var. Qaranlıq maddəni həqiqətən kəşf etmək üçün düşündüyümüzün olduğunu sübut etməli və xüsusiyyətlərini öyrənməliyik. Bir hissəcik kəşf etdikdən sonra, hər kəs onunla nə edəcəyini daha ağıllı bilir. Bu, son vaxtlar Higgs bozonu ilə davam edir. Böyük Hadron Çarpıntısındakı insanlar daha ağıllı olurlar, çünki hissəcikləri gördükdən sonra onu sorğu -suala tuta bilərlər.

Qaranlıq maddə ilə bunu etməyə başladıqda, yeni bir şey görəcəyik. Elmi tərəqqi belə işləyir. Hal -hazırda divarın içindən görə bilmirik, çünki divarın nədən ibarət olduğunu anlaya bilməmişik. Ancaq divardakı şeyləri anladıqdan sonra - qaranlıq maddə ilə bənzətməmizi - bundan sonra görəcəyik və bir sonrakı şeyi görəcəyik.

FIGUEROA-FELICIANO:Buna iki sentimi də əlavə edim. Təcrübələrimizdən biri qaranlıq maddənin inandırıcı sübutlarını görsəydi, baş verəcəyini düşündüyüm üç fərqli şey var. Əvvəlcə fərqli bir texnikadan istifadə edərək kəşfi təsdiqləmək istərdik. Başqa sözlə, qələbə elan etməzdən əvvəl bacardığımız qədər təsdiq istəyəcəyik.

Sonra insanlar, Harrinin təsvir etdiyi kimi, hissəciklərin xüsusiyyətlərini yoxlamaq üçün 100 fərqli üsulla çıxış edəcəklər. Bundan sonra, 'qaranlıq maddənin astronomiyası' mərhələsi, parçacığın kainatdakı rolunu öyrənməyimizə kömək edəcək. Nə qədər sürətlə getdiyini, nə qədər olduğunu, bir qalaktikada necə davrandığını ölçmək istəyəcəyik.

TKF:Bir növ qaranlıq maddə hissəciklərini belə tapdıqdan sonra görüləcək çox iş var. Ancaq qaranlıq hissəciklərdən ibarət yeni bir zooparkın ola biləcəyi səslənir. Sizcə 'Qaranlıq Standart Model' ə ehtiyacımız olacaqmı?

NELSON:Tez -tez belə bir fikirlə qarşılaşırdım: Budur, kainatdakı maddənin cəmi 15 faizində qaranlıq maddənin nə olduğunu düşünürük. Qaranlıq maddə bizim qədər mürəkkəbdirsə, varlığımızı belə bilməyə bilər. Biz bu azlıq 15 faizik, amma nədənsə çox vacib olduğumuzu düşünürük. Ancaq qaranlıq maddənin apardığı təcrübələr, mövcud olduğumuzu belə bilməyə bilər, çünki qaranlıq maddənin dünyasında qaranlıq maddənin üzərimizdə olduğundan daha kiçik bir narahatlıqdayıq.

Qaranlıq maddə sektoru bizimki qədər mürəkkəb və ya bəlkə də beş qat daha mürəkkəb ola bilər. Əsasən elektronlardan və nüvələrdən ibarət olan atomlardan ibarət olduğumuz kimi, qaranlıq maddə də ola bilər. WIMP -lər üçün edilən bəzi axtarışlarda bu mövzuda diqqətli olmalısınız. Ola bilər ki, bu şeylərin maddəmizlə qarşılıqlı əlaqəsi, axtardığımız mümkün olan ən sadə haldan daha fərqlidir.

FIGUEROA-FELICIANO:Harry, Occamın ülgücünü kainatımıza tətbiq edəcəksənsə, Standart Modelin vəziyyəti necədir?

NELSON:Yaxşı, çox yaxşı işləmir. Standart Model, lazım olandan daha mürəkkəbdir. Bəlkə də eyni şey qaranlıq maddələr üçün də doğrudur. Bəlkə də orada qaranlıq fotonlar var. Fikir maraqlıdır. ADMX ilə Gray, güclü qarşılıqlı əlaqə ilə əlaqəli bir hissəcik axtarır. Tali ilə zəif qarşılıqlı əlaqə ilə əlaqəli bir hissəcik axtarırıq. Və qaranlıq foton axtarışları, elektromaqnit qarşılıqlı təsiri ilə qaranlıq maddə sektoru arasında bir əlaqə axtarır.

Camaat həqiqətən qaranlıq maddəni öyrənmək istəyir. Bu mövzuda təcili bir hiss var və bunu bacardığımız bütün yollarla axtaracağıq.

BALIQ:Bu doğrudur. ADMX ilə, biz əsasən axiona diqqət yetiririk, eyni zamanda aşağı kütlədə qaranlıq fotonlar axtarırıq. İnsanların həqiqətən, həqiqətən həyəcanlandığı qaranlıq maddə namizədləri var, məsələn, axions və WIMPs. Onlara həsr olunmuş təcrübələr alırlar. Və sonra yaxşı ola biləcək fikirlər var, amma qaranlıq fotonlar kimi o qədər də motivasiyasızdır. İnsanlar hələ də bu fikirləri sınamaq üçün yollar axtarırlar.

TKF:Qaranlıq maddəni tapa biləcəyimiz çoxlu yerlərin olduğu aydındır. Bu qızılı əlimizdən gələni edirik, amma axtardığımız hər yerdə olduğuna tam əmin deyilik. Heç tapa bilməyəcəyiniz bir şeyi axtarmağın nə mənası var?

FIGUEROA-FELICIANO:Düşünürəm ki, qaranlıq maddə üzərində işləyən insanların müəyyən bir şəxsiyyəti var, bir az qumar oyunçusu. Bütün çipləri qoyaraq yüksək bahis üçün gedirik. Fizikanın başqa sahələri də var ki, bir şey görəcəyik. Əksinə, əslində görmədiyimiz bir şeyi axtarmağı seçirik. Bunu görsək, çox böyük bir işdir.

Kainatın nədən ibarət olduğunu anlamağa çalışmaq üçün pul aldığımız üçün çox şanslıyıq. Bu inanılmaz dərəcədə gözəl bir şeydir.

NELSON:Bəzən düşünürəm ki, Kolumb və onun heyəti, ya da Yerin qütblərinə ilk gedən kəşfiyyatçılar necə bir şey idi. Okeanın ortasında və ya buzda, nə olacağından tam əmin deyildilər. Ancaq məqsədlər qoymuşdular: Hindistan və Çin Columbus üçün, bu tədqiqatçılar üçün dirəklər. Biz də kəşfiyyatçıyıq, qaranlıq maddəyə qarşı əvvəlcədən müəyyən edilmiş həssaslıqları axtarmaq üçün özümüzə də məqsədlər qoyuruq. Xüsusi məqsədlərimizə çatmaq üçün müasir texnologiya ilə yeniliklər edirik. Və bunu Yeni Dünya və ya Şimal Qütbünə çevirə bilərik və bu, çox maraqlıdır.

Qara maddənin Abub 1689 qalaktikasının Hubble Kosmik Teleskopu görüntüsünün üzərinə bənövşəyi rənglə üst-üstə salınmış təxmini paylanması. NASA, ESA, E. Jullo (JPL/LAM), P. Natarajan (Yale) və J-P vasitəsilə görüntü. Kneib (LAM)

Qara maddənin Abub 1689 qalaktikasının Hubble Kosmik Teleskopu görüntüsünün üzərinə bənövşəyi rənglə üst-üstə salınmış təxmini paylanması. NASA, ESA, E. Jullo (JPL/LAM), P. Natarajan (Yale) və J-P vasitəsilə görüntü. Kneib (LAM)

Aşağı xətt: Kavli Vəqfi sizi 20 noyabr 2014-cü ildə qaranlıq maddə axtarışının aparıcı kənarında olan elm adamları ilə canlı bir sual-cavaba dəvət edir və bu fonçuya keçən ilin iyul ayında maliyyələşdirmə üçün yaşıl işıq yandıran yeni nəsil qaranlıq maddə təcrübələrini təqdim edir. .