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procure covardes que possam coçar-se com núcleos atómicos. A colaboração LZ proporcionará os melhores limites em seções transversais WIMP-nucleon de todos, mas os melhores cenários motivados para ter uma partícula de força fraca em ou perto da escala eletrofraca compõem 100% da matéria escura já estão descartados. LUX-ZEPLIN (LZ) Collaboration / SLAC National Accelerator Laboratory
Dark matter is not only the most abundant form of matter in the Universe, it’s also the most mysterious. Enquanto que todas as outras partículas que conhecemos-átomos, neutrinos, fótons, antimatéria e todas as outras partículas do Modelo Padrão — interagem através de pelo menos uma das forças quânticas conhecidas, a matéria escura parece interagir apenas através da gravidade.De acordo com muitos, seria melhor chamar-lhe matéria invisível, em vez de matéria escura. Não só não emite ou absorve luz, como também não interage com nenhuma das partículas conhecidas, diretamente detectáveis através das forças nucleares eletromagnéticas, fortes ou fracas. O candidato mais procurado pela matéria negra é o fraco.: a partícula massiva fracamente interagindo. A grande esperança era um milagre fraco, uma grande previsão de supersimetria.É 2019, e essa esperança está agora desfeita. Experiências de detecção directa descartaram completamente os cobardes que esperávamos.
sondar a estrutura interna das partículas colidindo. Se um deles não é fundamental, mas sim uma partícula composta, Estes experimentos podem revelar sua estrutura interna. Aqui, um experimento é projetado para medir o sinal de dispersão de matéria escura / nucleons. No entanto, há muitas contribuições mundanas, antecedentes que poderiam dar um resultado semelhante. Este sinal em particular aparecerá nos detectores de germânio, xénon líquido e árgon líquido. Visão geral da matéria escura:buscas de detecção direta e indireta – Queiroz, Farinaldo s. arXiv: 1605.08788
o universo, de uma perspectiva Astrofísica, tem de ser feito de mais do que apenas a matéria normal que conhecemos. A matéria Normal, neste caso, qualifica-se como qualquer uma das partículas conhecidas no modelo padrão. Ele inclui qualquer coisa feita de quarks, leptons, ou os bósons conhecidos, e inclui objetos exóticos como estrelas de nêutrons, buracos negros e antimatéria. Toda a matéria normal do Universo foi quantificada através de uma variedade de métodos, e ela só totaliza até cerca de um sexto do que deve estar presente, em geral, para explicar as interações gravitacionais que vemos em escalas cósmicas.O grande problema, é claro, é que todas as nossas evidências para a matéria escura são indiretas. Podemos observar os seus efeitos no laboratório astrofísico do espaço, mas nunca o detectámos directamente, num laboratório aqui na Terra. Não é por falta de tentativas.
detector instalado dentro do Grande Escudo de água. Se houver alguma seção transversal não-zero entre matéria escura e matéria normal, não só uma experiência como esta terá uma chance de detectar matéria escura diretamente, mas há uma chance de que a matéria escura irá eventualmente interagir com o seu corpo humano. INFN
se você quiser detectar diretamente a matéria escura, não é tão simples quanto detectar as partículas conhecidas do Modelo Padrão. Para qualquer coisa feita de quarks, leptons, ou os bósons conhecidos, podemos quantificar as forças pelas quais interagem e com que magnitude. Podemos usar o que sabemos sobre física, e em particular sobre as forças conhecidas e interações entre as partículas conhecidas, para prever quantidades como seções cruzadas, taxas de decaimento e produtos, amplitudes de dispersão, e outras propriedades que somos capazes de medir na física experimental de partículas.
a partir de 2019, nós nos encontramos com tremendo sucesso naquelas frentes que confirmaram o modelo padrão de maneiras que tanto teóricos e experimentalistas poderiam ter sonhado há apenas meio século. Detectores em colidores e instalações subterrâneas isoladas levaram à frente.
Model have now all been directly detected, with the last holdout, the Higgs boson, falling at the LHC early this decade. Todas essas partículas podem ser criadas com as energias LHC, e as massas das partículas levam a constantes fundamentais que são absolutamente necessárias para descrevê-las completamente. Estas partículas podem ser bem descritas pela física das teorias de campo quântico subjacentes ao modelo padrão, mas não descrevem tudo, como a matéria escura. E. Siegel / Beyond the Galaxy
There are a whole spectrum of particles-both fundamental and composite-predicted by the Standard Model. Suas interações através das forças nucleares fortes, eletromagnéticas e fracas podem ser calculadas através de técnicas desenvolvidas na teoria quântica de campos, permitindo-nos criar e detectar essas partículas de uma variedade de maneiras.
cada quark e antiquark foram agora produzidos diretamente em um acelerador, com o quark top, o último buraco, caindo em 1995.
Cada lépton e antilepton tem sido visto por detectores, com o neutrino do tau (e sua contraparte de antimatéria, o tau antineutrino), completando o lépton setor na primeira metade da década de 2000.
E cada um de Modelo Padrão os bosões foi criado e detectado, bem como, com o bóson de Higgs, a última peça do quebra-cabeça, definitivamente aparecendo no LHC, em 2012.
a primeira detecção robusta, 5-sigma do bosão de Higgs foi anunciada há alguns anos por ambas as colaborações do CMS e ATLAS. Mas o bosão de Higgs não faz um único “pico” nos dados, mas sim um aumento de propagação, devido à sua incerteza inerente na massa. O valor da sua massa a 125 GeV/c^2 é intrigante para os físicos, mas não tão desconcertante como o puzzle da matéria negra.Boson foi anunciado há alguns anos por ambas as colaborações do CMS e ATLAS. Mas o bosão de Higgs não faz um único “pico” nos dados, mas sim um aumento de propagação, devido à sua incerteza inerente na massa. O valor da sua massa a 125 GeV/c^2 é intrigante para os físicos, mas não tão desconcertante como o puzzle da matéria negra. The CMS Collaboration, “Observation of the difhoton decay of the Higgs boson and measurement of its properties”, (2014)
nós entendemos como as partículas modelo padrão se comportam. Temos previsões sólidas de como eles devem interagir através de todas as forças fundamentais, e confirmação experimental dessas teorias. Nós também temos restrições extraordinárias em como eles são autorizados a interagir de uma forma além do Modelo Padrão. Por causa de nossas restrições de aceleradores, raios cósmicos, experimentos de decaimento, reatores nucleares e muito mais, fomos capazes de descartar muitas ideias possíveis que foram teorizadas.No entanto, tudo o que temos são as observações astrofísicas e o nosso trabalho teórico, em conjunto, para nos guiar. As possíveis teorias que inventamos incluem um grande número de candidatos à matéria negra, mas nenhuma que tenha obtido qualquer apoio experimental.
as forças do Universo, e se podem juntar-se à matéria negra ou não. A gravidade é uma certeza; todos os outros não são ou são altamente limitados quanto ao nível de interação.Casal com matéria escura ou não. A gravidade é uma certeza; todos os outros não são ou são altamente limitados quanto ao nível de interação. Perimeter Institute
The most sought-after dark matter candidate is the WIMP: the wily Interacting Massive Particle. = = Ligações externas = = , por volta da década de 1970 — foi percebido que alguns física de partículas teorias que previu novas partículas, além do Modelo Padrão, eventualmente, poderia produzir novos tipos de estável, neutro partículas se houvesse algum novo tipo de paridade (um tipo de simetria) que os impediram de decomposição.
isso agora inclui idéias como supersimetria, dimensões extras, ou o pequeno cenário de Higgs. Todos estes cenários têm a mesma história em comum:
- quando o Universo era quente e denso no início, todas as partículas (e antipartículas) que poderiam ser criadas foram criadas em grande abundância, incluindo qualquer extra, além do Modelo Padrão.
- quando o universo arrefeceu, essas partículas deterioraram-se em partículas progressivamente mais leves e mais estáveis.
- e se o mais leve fosse estável (por causa da nova simetria de paridade) e eletricamente neutro, persistiria até os dias atuais.
se avaliar o que são a massa e a secção transversal dessas novas partículas, poderá obter uma densidade prevista para a sua abundância estimada hoje.
abundância de matéria escura (eixo y), é necessário que a matéria escura tenha as secções transversais da interação direita com a matéria normal (esquerda) e as propriedades de auto-aniquilação direita (direita). Experimentos de detecção direta agora descartam esses valores, necessários por Planck (verde), desfavorecendo a matéria escura fracamente interagindo com a força. P. S. Bhupal Dev, Anupam Mazumdar, & Saleh Qutub, Front.in Phys. 2 (2014) 26
foi daqui que veio a ideia de matéria negra. Estas novas partículas não poderiam ter interagido através da interacção forte ou electromagnética.; essas interações têm uma seção transversal muito alta e já teriam aparecido. Mas a fraca interacção nuclear é uma possibilidade. Originalmente, O” W ” em WIMP era para a interação fraca, por causa de uma coincidência espetacular (aparecendo em supersimetria) conhecido como o milagre WIMP.Se você colocar na densidade da matéria escura que o universo necessita hoje, você pode inferir quantas partículas de matéria escura você precisa de uma determinada massa para inventá-la. A escala de massa de interesse para a supersimetria — ou qualquer teoria aparecendo na escala electroweak — está no ballpark de 100 GeV a 1 TeV, assim que nós podemos computar o que a seção transversal da auto-aniquilação deve ser a fim de obter a abundância certa da matéria escura.
esse valor (da secção transversal multiplicada pela velocidade) acaba por ser de cerca de 3 × 10-26 cm3/s, o que está de acordo com o que seria de esperar se tais partículas interagissem através da força eletrofraca.
toda interação fundamental abrangendo as forças fortes, fracas e eletromagnéticas, incluindo em condições de alta energia e baixa temperatura/condensada. Se houver uma nova partícula que se associe à interação fraca, eles irão interagir, em algum nível, com as partículas do Modelo Padrão conhecido, e, portanto, ter uma seção transversal com o próton e nêutron. de Carvalho, Vanuildo S. et al. Nucl.Phys. B875 (2013) 738-756
claro, se quaisquer novas partículas interagem através da força electroweak, elas se juntariam às partículas modelo padrão, também. Se uma nova partícula casais para, por exemplo, o bosão W ou Z (que carregam a força fraca), então há uma probabilidade finita, não-zero de que essas partículas irão colidir com qualquer partícula que um bosão W ou Z casais para, como um quark dentro de um próton ou nêutron.Isto significa que podemos construir experiências de matéria negra à procura de um recuo nuclear de partículas de matéria normais conhecidas. Recuos para além dos causados pela matéria normal seriam provas da existência de matéria escura. Claro, há eventos de fundo: neutrões, neutrinos, núcleos de decomposição radioativa na matéria circundante, etc. Mas se você souber as combinações de energia e momento do sinal que está procurando, e você projetar sua experiência inteligentemente, você pode quantificar seu fundo e extrair qualquer sinal potencial de matéria escura que possa estar lá.
a colaboração LUX, que efetivamente descartou o último espaço de parâmetros da era 2000 para WIMPs interagindo através da força fraca sendo 100% da matéria escura. Note, nas áreas ligeiramente sombreadas no fundo, como os teóricos estão fazendo novas previsões “revisadas” em seções transversais mais baixas e mais baixas. Não há uma boa motivação física para fazer isso. LUX Collaboration, Phys. Rev. Lett. 118, 251302 (2017)
estas experiências têm estado em curso há décadas, e não têm visto matéria negra. As restrições modernas mais rigorosas vêm de LUX (acima) e XENON 1T (abaixo). Esses resultados nos informam que a seção transversal de interação para prótons e nêutrons é extraordinariamente pequena, e são diferentes tanto para cenários spin-dependentes quanto spin-independentes.
LUX levou-nos a limites de secção transversal dependentes do spin abaixo de 1, 0-1, 6 × 10-41 cm2 para protões, neutrões e neutrões independentes do spin abaixo de 1, 0 × 10-46 cm2: baixo o suficiente para descartar todos os modelos de SUSY dark matter propostos em 2001. Uma restrição mais sensível agora vem do xénon: a restrição de nêutrons dependentes do spin é de 6 × 10-42 cm2, enquanto as seções cruzadas independentes do spin são inferiores a 4,1 × 10-47 cm2, apertando ainda mais Os parafusos.
now gets its most stricted limits from the XENON1T experiment, which has improved over all prior experiments, including LUX. Embora os teóricos e os fenomenólogos continuem, sem dúvida, a produzir novas previsões com secções transversais cada vez mais pequenas, a ideia de um milagre fraco perdeu toda a motivação razoável com os resultados experimentais que já temos em mãos. E. Aprile et al., Phys. Rev. Lett. 121, 111302 (2018)
esta é uma medida diferente de ter partículas de matéria escura auto-aniquiladas, mas essa medida nos diz algo incrivelmente valioso. Os modelos de supersimetria ou dimensões extras que dão a matéria escura certa abundâncias através das interações fracas são descartados por esses experimentos. Se há matéria escura fraca, ela deve ser mais fraca do que a interação fraca permite compreender 100% da matéria escura. Além disso, o LHC não deve produzi-lo detectavelmente.
os teóricos podem sempre alterar os seus modelos, e têm feito tantas vezes, empurrando a secção transversal antecipada para baixo e para baixo como resultado nulo após o resultado nulo rolar. É o pior tipo de ciência que se pode fazer.: simplesmente mudando os postes de metas sem nenhuma razão física, a não ser as suas restrições experimentais tornaram-se mais graves. Não há mais motivação, a não ser preferir uma conclusão que os dados excluem, ao fazê-lo.
signatures that physicists have been seeking at the LHC, from extra dimensions to dark matter to supersymmetric particles to micro-black holes. Apesar de todos os dados que recolhemos destas colisões de alta energia, nenhum destes cenários mostrou provas que sustentem a sua existência. Experimento CERN / ATLAS
mas realizar esses experimentos de detecção direta ainda é incrivelmente valioso. Há outras maneiras de produzir matéria escura que vão além do cenário mais convencional. Além disso, essas restrições não necessitam de uma fonte não-fraca de matéria escura. Muitos outros cenários interessantes não precisam de um milagre fraco.
por muitas décadas, o” W ” tem sido reconhecido não para a interação fraca, mas para representar uma interação não mais forte do que é permitido pela força fraca. Se tivermos novas partículas além do modelo padrão, podemos ter novas forças e interações também. Experiências como o xénon e a LUX são a nossa única maneira de as sondar.Além disso, candidatos de matéria escura que são produzidos por um mecanismo diferente em intervalos de massa mais baixos, como axiões ou neutrinos estéreis, ou através da interação gravitacional sozinho em massas mais altas, como WIMPzillas, estão em jogo.
looking to exploit a hipotetic interaction for a non-WIMP dark matter candidate: the axion. Axions, se eles são a matéria escura, pode converter-se em fótons através da interação eletromagnética, e a cavidade mostrada aqui é projetado para testar essa possibilidade. No entanto, se a matéria negra não tem as propriedades específicas para as quais os experimentos atuais estão testando, nenhum dos detectores que construímos irá encontrá-la diretamente. Axion Dark Matter Experiment (ADMX) / LLNL’s flickr
Our hunt for dark matter in the lab, through direct detection efforts, continues to place important constraints on what physics may be present beyond the Standard Model. Para aqueles casados com milagres, porém, quaisquer resultados positivos agora parecem cada vez mais improváveis. Essa busca faz lembrar o bêbado à procura das chaves perdidas por baixo do poste. Ele sabe que eles não estão lá, mas é o único lugar onde a luz que lhe permite olhar brilha.
O Milagre de WIMP pode estar morto e desaparecido, como as partículas interagindo através da força fraca na escala eletrofraca têm sido desfavorecidos por ambos os colisões e detecção direta. No entanto, a ideia de matéria negra, fraca, continua viva. Só temos que nos lembrar, quando você ouvir WIMP, incluímos matéria escura que é mais fraca e fraca do que até mesmo as interações fracas permitirão. Há, sem dúvida, algo de novo no universo, à espera de ser descoberto.O milagre de WIMP acabou. Mas ainda podemos ter o melhor milagre de todos: se essas experiências se revelarem algo além de um resultado nulo. A única maneira de saber é olhar.
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