Araştırmacılar, yeraltı araştırma tesisinde karanlık madde dedektörünün başarılı bir şekilde başlatıldığını kaydetti

Sanford Yeraltı Araştırma Tesisi’ndeki (SURF) Güney Dakota’nın Kara Tepelerinin derinliklerinde, yenilikçi ve benzersiz bir şekilde hassas bir karanlık madde dedektörü olan Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı (Berkeley Laboratuvarı) tarafından yönetilen LUX-ZEPLİN (LZ) deneyi, devreye alma işlemlerinin çıkış aşaması ve ilk sonuçları teslim edildi.

Berkeley Lab kıdemli fizikçisi ve eski LZ sözcüsü Kevin Lesko, bu başarılı başlangıçtan eve dönüş mesajı: “Hazırız ve her şey iyi görünüyor” dedi. “Birçok parçası olan karmaşık bir dedektör ve hepsi beklentiler dahilinde iyi çalışıyor” dedi.

Deneyin web sitesinde bugün çevrimiçi olarak yayınlanan bir makalede, LZ araştırmacıları, ilk çalıştırmada LZ’nin zaten dünyanın en hassas karanlık madde dedektörü olduğunu bildiriyor. Makale bugün daha sonra arXiv.org çevrimiçi ön baskı arşivinde görünecek. California Santa Barbara Üniversitesi’nden LZ sözcüsü Hugh Lippincott, “Önümüzdeki yıllarda yaklaşık 20 kat daha fazla veri toplamayı planlıyoruz, bu nedenle daha yeni başlıyoruz. Yapılacak çok fazla bilim var ve bu çok heyecan verici.”

Karanlık madde parçacıkları aslında hiçbir zaman tespit edilmedi – ama belki de çok uzun bir süre için değil. Geri sayım, LZ’nin ilk 60 “canlı günü” testinden elde edilen sonuçlarla başlamış olabilir. Bu veriler, Aralık ayının sonunda başlayan ilk operasyonların üç buçuk aylık süresi boyunca toplandı. Bu, dedektörün tüm yönlerinin iyi çalıştığını doğrulamak için yeterince uzun bir süreydi.

Görünmez, çünkü ışığı yaymaz, emmez veya dağıtmaz, karanlık maddenin varlığı ve yerçekimi yine de evreni anlamamız için temeldir. Örneğin, evrenin toplam kütlesinin yaklaşık yüzde 85’i olduğu tahmin edilen karanlık maddenin varlığı, galaksilerin biçimini ve hareketini şekillendirir ve araştırmacılar tarafından büyük ölçekli yapı ve genişleme hakkında bilinenleri açıklamak için çağrılır. evrenin.

LZ karanlık madde dedektörünün kalbi, on ton çok saf sıvı ksenon ile doldurulmuş ve zayıf ışık kaynaklarını tespit edebilen iki dizi fotoçoğaltıcı tüp (PMT) tarafından görüntülenen iki iç içe titanyum tanktan oluşur. Titanyum tanklar, karanlık madde sinyalini taklit edebilecek parçacıkları yakalamak için daha büyük bir dedektör sisteminde bulunur.

Berkeley Laboratuvarı Fizik Bölümü Direktörü Nathalie Palanque-Delabrouille, “Bu karmaşık dedektörün, karanlık maddenin neyden yapıldığına dair uzun süredir devam eden sorunu çözmeye hazır olduğunu görmekten heyecan duyuyorum” dedi. “LZ ekibi artık bunu yapmak için en iddialı araca sahip.”

LZ dedektörünün tasarım, üretim ve kurulum aşamaları, Berkeley Lab proje direktörü Gil Gilchriese tarafından ABD, İngiltere, Portekiz ve Güney Kore’den 35’ten fazla kurumdan 250 bilim insanı ve mühendisten oluşan uluslararası bir ekiple birlikte yönetildi. LZ operasyon yöneticisi Berkeley Lab’den Simon Fiorucci’dir. İşbirliği, aracı, kozmosun kayıp kütlesi olarak adlandırılan karanlık maddenin ilk doğrudan kanıtını kaydetmek için kullanmayı umuyor.

Imperial College London’dan Henrique Araújo, Birleşik Krallık gruplarına ve daha önce Birleşik Krallık merkezli ZEPLIN-III programının son aşamasına liderlik ediyor. Uluslararası katkıları entegre etmek için Berkeley ekibi ve diğer meslektaşlarıyla çok yakın çalıştı. Araújo, “Farklı bakış açılarına sahip iki grupla başladık ve harika bir deney sunmak için sorunsuz bir şekilde birlikte çalışan yüksek düzeyde ayarlanmış bir orkestra ile bitirdik.” Dedi.

Bir yeraltı dedektörü

Lead, SD, LZ’deki SURF’ta yeraltında yaklaşık bir mil uzakta bulunan LZ, zayıf etkileşimli büyük parçacıklar (WIMP’ler) biçimindeki karanlık maddeyi yakalamak için tasarlanmıştır. Deney, karanlık madde sinyallerini boğabilecek yüzeydeki kozmik radyasyondan korumak için yeraltında.

Fizik koordinatörü olarak işbirliğinin bu ilk fizik sonuçlarını üretme çabalarına öncülük eden Berkeley Lab’den Aaron Manalaysay, ksenondaki parçacık çarpışmalarının PMT’ler tarafından kaydedilen görünür parıldama veya ışık parlamaları ürettiğini açıkladı. Manalaysay, “İşbirliği, dedektör yanıtını kalibre etmek ve anlamak için birlikte iyi çalıştı.” Dedi. “Birkaç ay önce açtığımızı ve COVID kısıtlamaları sırasında, şimdiden bu kadar önemli sonuçlara sahip olmamız etkileyici.”

Çarpışmalar ayrıca elektronları ksenon atomlarından koparacak ve onları uygulanan bir elektrik alanı altında odanın tepesine sürüklenmeye gönderecek ve burada uzaysal olay rekonstrüksiyonuna izin veren başka bir flaş üretecekler. Sintilasyonun özellikleri, ksenonda etkileşime giren partikül tiplerinin belirlenmesine yardımcı olur.

SURF Lab’in yönetici direktörü Mike Headley, “Tüm SURF ekibi, LZ İşbirliğini bu önemli dönüm noktasına ulaşmada kutluyor. LZ ekibi harika bir ortak oldu ve onları SURF’ta ağırlamaktan gurur duyuyoruz.”

Fiorucci, dedektörün COVID-19 pandemisinin başlangıcından hemen önce, 2019 sonlarında yeraltına taşındığı göz önüne alındığında, tesis ekibinin bu başlangıç ​​kilometre taşında özel bir övgüyü hak ettiğini söyledi. Seyahatin ciddi şekilde kısıtlanmasıyla, yalnızca birkaç LZ bilim adamının sahada yardımcı olmak için gezi yapabileceğini söyledi. Güney Dakota’daki ekip LZ’ye çok iyi baktı.

“SURF’daki ekibe ikinci övgüyü vermek istiyorum ve ayrıca LZ’nin inşası, devreye alınması ve operasyonları boyunca uzaktan destek sağlayan ve birçoğu tam zamanlı olarak evlerinden çalışan çok sayıda kişiye minnettarlığımı ifade etmek istiyorum. LZ dedektör operasyonları müdürü SLAC’den Tomasz Biesiadzinski, deneyin başarılı olmasını sağlayan kurumlar ve şimdi de bunu yapmaya devam ediyor” dedi.

“Dedektör devreye alma, kalibrasyonlar ve bilim çalışması için veri almaya başladığımızda birçok alt sistem bir araya gelmeye başladı. Yeni bir deney başlatmak zor, ancak bizi anlamanın ilk aşamalarından geçmek için birlikte çalışan harika bir LZ ekibimiz var. dedektörümüz,” dedi, dedektör çalıştırma planlamasını koordine eden Pennsylvania Eyalet Üniversitesi’nden David Woodward.

SLAC’tan Bilgi İşlem ve Yazılım Operasyon Müdür Yardımcısı Maria Elena Monzani, “İşbirliği boyunca, yorulmadan veri hareketini, veri işlemeyi ve simülasyonları destekleyen ve dedektörün kusursuz bir şekilde devreye alınmasını sağlayan harika bilim adamları ve yazılım geliştiricilerimiz vardı. NERSC’nin desteği [National Energy Research Scientific Computing Center] paha biçilmezdi.”

Lesko, LZ ve sistemlerinin başarılı bir şekilde çalıştığının doğrulanmasıyla, karanlık madde parçacığının LZ dedektöründeki bir ksenon atomuyla çok yakında çarpışması umuduyla tam ölçekli gözlemlerin başlama zamanının geldiğini söyledi.