Första resultaten från världens känsligaste detektor av mörk materia publiceras

XENON1T, den känsligaste detektorn av mörk materia, presenterade i dagarna de första resultaten från en bara trettio dagar lång körning som räckte till för att nå djupare i jakten på den mörka materians partiklar än någonsin förut.

Den mörka materian är fem gånger mer vanligt förekommande än den vanliga materian, som allt vi ser omkring oss är gjort av. Många experiment letar därför febrilt efter signaler från mörk materia. De partiklar som utgör mörk materia är dock väldigt svåra att upptäcka och allt mer känsliga detektorer behöver byggas för att detta ska lyckas. XENON-kollaborationen, som har varit ledande i många år med en mindre detektor, har nu åter tagit täten i denna jakt. Resultaten från 30 dagars datainsamling visar att bakgrundssignalen i den nya detektorn är den lägsta någonsin, samtidigt som detektorn med en vikt på 3200 kg är den största någonsin. Kombinationen av dess storlek och låga bakgrundssignal leder till att en upptäckt kan vara inom räckhåll.

Mer än 130 forskare ingår i XENON-kollaborationen, vilken är global och har deltagare från USA, Tyskland, Schweiz, Portugal, Frankrike, Nederländerna, Israel, Förenta Arabiska Emiraten och inte minst Sverige.

XENON1T installation in the underground hall of Laboratori Nazionali del Gran Sasso. The three story building on the right houses various auxiliary systems. The cryostat containing the LXeTPC is located inside the large water tank on th left, next to the building. (Photo by Roberto Corrieri and Patrick De Perio)
XENON1T installation in the underground hall of Laboratori Nazionali del Gran Sasso. The three story building on the right houses various auxiliary systems. The cryostat containing the LXeTPC is located inside the large water tank on th left, next to the building. (Photo by Roberto Corrieri and Patrick De Perio)

Senaste XENON-detektorn (XENON1T) har varit i drift på Laboratori Nazionali del Gran Sasso i italienska Abruzzerna sedan hösten 2016. Den är belägen djupt under jord, under ett tusen meter högt bergsmassiv, och består av en metalltank fylld med ultra-rent vatten, allt för att skydda detektorn från det ovälkomna bruset från kosmiska partiklar. Vid sidan av den finns en trevåningsbyggnad, fylld med avancerad utrustning som håller detektorn i drift. Hjärtat i XENON1T är en så kallad ”time projection chamber” som innehåller flytande xenon och därför behöver kylas ner till ungefär minus hundra grader. Bergsmassivet och vattentanken reducerar en del av bakgrundssignalen – men långt ifrån tillräckligt. Alla material på jorden innehåller små radioaktiva föroreningar – bara att välja ut de absolut renaste materialen och mäta deras eventuella bidrag till bakgrunden krävde sina egna forskningsprogram. ”Resultatet är en av de absolut ’tystaste’ platser på jorden, där enbart några få partiklar lämnar spår – jämfört med trillioner partiklar under vanliga omständigheter”, säger Manfred Lindner, direktör vid Max Planck-institutet för Kärnfysik i Heidelberg och Laura Baudis, professor vid Universitetet i Zürich, vilka var ansvariga för urvalsprocessen.
Scientists assembling the XENON1T time projection chamber. (Photo by Enrico Sacchetti)
Scientists assembling the XENON1T time projection chamber. (Photo by Enrico Sacchetti)

Hur fungerar detektorn? En partikel-växelverkan i detektorn leder till små ljusblixtar som kan utnyttjas för att uppskatta platsen där växelverkan skedde, vilken energi partikeln hade samt om växelverkan kunde ha varit något annat än just mörk materia. Ju längre detektorn samlar in data desto känsligare blir den. Trots att körningen än så länge bara har varat i 30 dagar så är detektorn redan känsligare än något annat experiment på jorden och har letat djupare än någon annan detektor. “Inga signaler från mörka materian har visat sig, men vi räknade inte med det heller – än så länge”, säger Elena Aprile, Professor vid Columbia University i New York, USA, som också är talesperson för XENON-projektet och nybliven hedersdoktor vid Stockholms Universitet.

Stockholms Universitetets XENON-grupp har haft en central roll i den statistiska analysen av resultaten. “En så känslig detektor har aldrig varit i drift. En teknologisk milstolpe, som betyder att jakten har börjat på allvar. Jag är optimistisk. Jag har till och med slagit vad med en kollega att vi kommer att hitta den mörka materian inom 5 år”, säger Jan Conrad som leder den lokala gruppen.

– Jan Conrad, professor i astrofysik vid Fysikum
(conrad@fysik.su.se, tel: 08-553 7 8769)

Vill du att veta mer, läs:

Share this post
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *