Национальная лаборатория Гран-Сассо в Италии
Это одна из четырёх лабораторий итальянского Национального института ядерной физики. Занимается экспериментами в области физики элементарных частиц и ядерной физики. Она работает с 1989 года. На 2006 год являлась крупнейшей подземной лабораторией в мире.
https://ru.wikipedia.org/?oldid=91114045
Группа ученых, охотившихся там за темной материей, зафиксировала подозрительные звоны, исходящие из резервуара с жидким ксеноном под горой в Италии. Они пока не заявляют, что открыли темную материю — или что — то еще. Но эти сигналы, говорят они, могли бы выстроить новый взгляд на вселенную.
Если сигнал реален и сохраняется, говорят ученые, он может свидетельствовать о существовании вида субатомных частиц, называемых аксионами, которые, согласно теории, играют решающую роль в поддержании симметрии природы, но никогда не видели, как они прилетают от солнца.
“Это не темная материя, но открытие новой частицы было бы феноменальным", — сказала Елена Априле из Колумбийского университета, которая возглавляет сотрудничество Ксенона — проекта, который сделал обнаружение.
В заявлении коллаборации говорилось, что обнаружение аксионов окажет “большое влияние на наше понимание фундаментальной физики, но также и на астрофизические явления.”
Но есть и другие объяснения этой находке. Вместо аксионов ученые, возможно, обнаружили новое, неожиданное свойство нейтрино. Еще одно столь же вероятное объяснение состоит в том, что их детектор был загрязнен исчезающе малыми количествами трития, редкой радиоактивной формы водорода.
В среду коллаборация опубликовала на своем веб-сайте документ с описанием полученных результатов.
Или это может быть просто статистическая флуктуация, которая исчезнет с большим количеством данных. Члены команды Доктора Априле признали, что лучшее объяснение, которое у них было прямо сейчас — что виноваты аксионы — имеет два шанса из 10 000 быть случайностью, что очень далеко от критерия “5 сигм” менее одного шанса из миллиона, необходимого в физике элементарных частиц для подтверждения “открытия".”
“Мы хотим быть предельно ясными, что все, о чем мы сообщаем, — это наблюдение избытка (довольно значительного), а не открытие какого-либо рода”, — сказал Эван Шокли из Чикагского университета в электронном письме.
Фрэнк Вильчек, Нобелевский лауреат Массачусетского технологического института, который был одним из первых физиков, предложивших Аксион, сказал, что это " безусловно интригующе, и сообщество физиков будет с нетерпением ждать дальнейших событий.”
Elena Aprile, A dark matter scientist and leader of the Xenon Collaboration.
Елена Априле, ученый по темной материи и лидер ксеноновой коллаборации.Кредит… Габби Джонс для «Нью-Йорк Таймс»
https://www.nytimes.com/2020/06/17/science/xenon-axions-neutrinos-tritium.html
Другие ученые отвечали с осторожным возбуждением.
“Я пытаюсь быть спокойным, но трудно не быть гиперболическим”, — сказал Нил Вайнер, теоретик частиц в Нью-Йоркском университете.
Майкл Тернер, космолог из Фонда Кавли в Лос-Анджелесе, назвал сотрудничество с Ксеноном «прекрасным экспериментом.”
“Я действительно хочу верить в это, но я думаю, что это, вероятно, разобьет мое сердце”, — сказал он. “Но сейчас я взволнован тем, что это может быть что-то новое и важное, что поднимет настроение всем нам.”
Эксперимент доктора Априле с ксеноном в настоящее время является крупнейшим и наиболее чувствительным в усилием, направленным на обнаружение и идентификацию темной материи, таинственной субстанции, которая, как заключили астрономы, заполняет вселенную, перевешивая обычную атомную материю в пять раз к одному.
В современной космологии темная материя — это секретный соус Вселенной. Он собирается в невидимые облака, притягивая обычную атомную материю в комки, которые в конечном итоге загораются как звезды и галактики.
Самое лучшее предположение состоит в том, что эта темная материя состоит из облаков экзотических субатомных частиц, оставшихся после Большого Взрыва и известных как WIMPs, слабо взаимодействующих массивных частиц, в сотни или тысячи раз более массивных, чем атом водорода.
Ксеноновое сотрудничество — это многонациональная команда из 163 ученых из 28 институтов и 11 стран. В туннеле в миле под скалой в Национальной лаборатории Гран-Сассо в Италии доктор Априле и ее коллеги подключили к фотоумножителям и другим датчикам ряд емкостей с жидким ксеноном. Есть надежда, что устройство ее команды, находящееся глубоко под землей, чтобы защитить его от космических лучей и других мирских форм помех — обнаружит редкое столкновение между Wimp и атомом ксенона. Столкновение должно привести к вспышке света и oблаку электрического заряда.
До сих пор этого не произошло.
Последняя версия, названная Xenon1T, работала с 2016 по 2018 год с двумя тоннами ксенона в качестве мишени.
Лука Гранди из Чикагского университета объяснил, что в своем последнем анализе этого эксперимента команда искала электроны, а не более тяжелые ядра ксенона, отскакивающие от столкновений. Помимо всего прочего, это может быть сигнатура частиц гораздо более легких, чем предполагаемые WIMP, поражающие ксенон.
Моделирование и расчеты показали, что случайные события должны были вызвать около 232 таких отскока в течение года.
Но с февраля 2017 по февраль 2018 года детектор зафиксировал 285, превышающих 53 отката.
Доктор Гранди сказал:” Мы видели избыток больше года назад, и мы пытались любым способом уничтожить его», имея в виду измерения.
Сотрудничество находится на завершающей стадии подготовки более масштабной и чувствительной версии своего эксперимента. Он был отложен из-за локализации коронавируса в Италии, но теперь может начаться к концу этого года.
Если избыток реален, он должен проявиться в течение месяца или двух после того, как он начнет работать, сказал доктор Гранди.
Так что на данный момент все три возможности — аксионы, нейтрино или тритий — все еще живы, сказал он.
Субатомные Прачечная
История аксионов начинается в 1977 году, когда Роберто Печчеи, профессор Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, который умер 1 июня, и Хелен Куинн, почетный профессор Стэнфорда, предложили небольшую модификацию теории, которая управляет сильными ядерными силами, убедившись, что она инвариантна к направлению времени, особенность, которую физики считают необходимой для Вселенной.
И доктор Вильчек, и Стивен Вайнберг из Техасского университета в Остине независимо друг от друга поняли, что эта модификация подразумевает существование новой субатомной частицы. Доктор Вильчек назвал его аксионом, и это название прижилось.
“Несколько лет назад мне бросилась в глаза витрина супермаркета с яркими коробками стирального порошка” Аксион", — рассказывал он в недавнем эссе в журнале Quanta. “Мне пришло в голову, что «Аксион» звучит как название частицы и действительно должен быть ею.”
Когда он понял, что теория Печчи-Куинна подразумевает частицу, он увидел свой шанс.
Аксионы никогда не были обнаружены ни прямо, ни косвенно. Tеория не предсказывает их массу, что затрудняет их поиск. Онa только предсказывает, что они будут странными и едва ли будут взаимодействовать с обычной материей. Теоретики представляли себе множество вариантов аксионов, которые могли бы играть различные роли во Вселенной, в том числе быть темной материей, которая, a не WIMP, заполняет вселенную и связывает галактики. И хотя они не WIMP, они разделяют некоторые из воображаемых сверхъестественных способностей этих частиц, таких как способность плавать через Землю и наши тела, как дым через сетчатую дверь.
Однако для того, чтобы выполнить требования космологов, такие аксионы темной материи должны были бы иметь массу менее одной тысячной электронного вольта в единицах массы и энергии, предпочитаемых физиками, согласно доктору Тернеру. ( электроны, которые танцуют вокруг вашего смартфона, весят по полмиллиона электрон-вольт каждый.) То, чего им не хватает в весе, они с лихвой восполнят численностью.
Это сделало бы отдельные космические аксионы темной материи слишком медленными и эфирными, чтобы их можно было обнаружить с помощью ксенонового эксперимента.
Но аксионы также могут быть произведены ядерными реакциями на солнце, и эти “солнечные аксионы” будут иметь достаточно энергии, чтобы зазвенел детектор ксенона прямо там, где он наиболее чувствителен, сказал доктор Гранди.
Солнечные аксионы не были бы темной материей, но проверка того, что они действительно существуют, была бы важным шагом к открытию возможности того, что другой вид Аксиона может быть темной материей, согласно доктору Вильчеку.
Проводятся и другие эксперименты, направленные на непосредственное обнаружение аксионов космической темной материи. Среди них-эксперимент с Аксионом темной материи в Вашингтонском университете, который использует сильное магнитное поле для обнаружения аксионов, наблюдая, как они превращаются в микроволны. И эксперимент в ЦЕРНе в Швейцарии, отлитый для солнечного телескопа CERN Axion, также искал аксионы от солнца.
Мухи в бочке меда
Другая захватывающая, хотя и несколько менее вероятная возможность заключается в том, что избыточные сигналы ксеноновой коллаборации исходят от нейтрино, которые реальны и странны и проносятся через наши тела триллионами каждую секунду.
Обычно эти нейтрино не вносят большого вклада в избыток событий, считываемых детектором. Но они сделали бы это, если бы обладали внутренним магнетизмом, который физики называют магнитным моментом. Это дало бы им более высокую вероятность взаимодействия с ксеноном и отключения детектора. Согласно общепринятому мнению, нейтрино, которые электрически нейтральны, не несут в себе магнетизма. Открытие, которое они сделали, потребовало бы переписать правила, как они применяются к нейтрино.
Это, сказал доктор Вайнер, было бы “очень и очень важно”, потому что это означало бы, что существуют новые фундаментальные частицы, которые нужно искать — новая физика.
Однако доктор Вайнер и другие ученые, включая самих ксеноновых авторов, предупреждали, что гипотезы Аксиона и магнитного нейтрино противоречат астрономическим наблюдениям.
Звезды, такие как белые карлики, которые израсходовали свое ядерное топливо, со временем тускнеют и остывают, поскольку они излучают свою энергию. Если бы они испускали аксионы или эти магнитные нейтрино, как солнце, указывал доктор Вайнер, они теряли бы энергию и исчезали быстрее, чем то, что видят астрономы. Он назвал эту проблему «большой напряженностью», которую он и другие теоретики будут подвергать мозговому штурму.
Тритий остается еще одной ложкой дегтя в бочке меда.
Водород — самый легкий и самый распространенный элемент во Вселенной. Тритий-один из его изотопов, радиоактивный с периодом полураспада 12,3 года. Он в основном вырабатывается космическими лучами, взаимодействующими с атмосферой.
Если изотоп является причиной избытка, то количество, которое вызвало бы показания, составляет около “3 атомов трития на килограмм ксенона, действительно безумно низкое число", сказал доктор Гранди. Это почти невозможно измерить, кроме как с помощью такого чувствительного прибора, как ксеноновый детектор, сказал он.
Может оказаться, признал он, что тритий объясняет избыток и что загрязнение тритием будет просто еще одной деталью, которую необходимо будет рассмотреть или откалибровать в будущих детекторах.
отредактировал(а) marsdmitri: 2020-06-26 00:56 GMT
Личное сообщениеНо 25 июня 2020 г Астрономы объявили, что они обнаружили нечто новое в космосе: звездный труп, слишком тяжелый, чтобы быть нейтронной звездой — остаток взрыва сверхновой — но недостаточно тяжелый, чтобы быть черной дырой.
Что бы это ни было, оно давно ушло. Около 780 миллионов лет назад-и на расстоянии 780 миллионов световых лет — ее съела черная дыра, в 23 раза более массивная, чем Солнце. Этот пир оставил после себя еще более тяжелую черную дыру — огромное голодное ничто с массой 25 солнц.
Новости об этом событии только недавно достигли Земли в виде пространственно-временных волн, известных как гравитационные волны. Эти мимолетные вибрации ощущались в августе. 14 декабря 2019 года массив антенн в Италии и США получил название International LIGO-Virgo Collaboration, и результаты были опубликованы во вторник в Astrophysical Journal Letters.
Смотри https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ab960f/pdf
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ab960f
Согласно теории, которая была основой десятилетий астрофизического возбуждения, звезда может оказаться в одном из трех конечных состояний, в зависимости от ее массы:
-постоянно остывающий пепел, известный как белый карлик;
-плотная звезда с массой двух солнц, сжатых в шар шириной всего 12 миль, известный как нейтронная звезда; или
-черная дыра, зверь, неохотно предсказанный Альбертом Эйнштейном, настолько плотная, что ничто, даже свет, не может избежать его гравитации.
Жертва этого столкновения весила 2,6 солнечных масс, согласно расчетам лаборатории LIGO-VIBRA. Это тяжелее, чем принятый предел в 2,5 солнечных масс для нейтронной звезды. Но самая легкая черная дыра, когда-либо измеренная, имела около пяти солнечных масс.
Загадочный объект находится прямо в том, что астрофизики называют “разрывом массы".- Астрономы давно гадали, что же могло занять эту астрономическую ничейную землю.
” Мы десятилетиями ждали, чтобы разгадать эту тайну", — сказала в интервью Вики Калогера из Северо-Западного университета, один из главных авторов статьи. “Мы не знаем, является ли этот объект самой тяжелой из известных нейтронных звезд или самой легкой из известных черных дыр, но в любом случае он бьет рекорд.”
Она добавила: «Если это нейтронная звезда, то это возбуждающая нейтронная звезда. Если это черная дыра, то это захватывающая черная дыра.”
В заявлении, опубликованном Советом по научно-техническим объектам в Великобритании, Чарли Хой, аспирант Кардиффского университета и соавтор доктора Калогеры, сказал: “Я не поверил сигналу, когда впервые увидел его.”
Обсерватория ЛИГО вошла в историю в 2016 году, когда она обнаружила гравитационные волны от пары сталкивающихся черных дыр, доказав существование как гравитационных волн, через столетие после того, как Эйнштейн предсказал их, так и черных дыр. Прибор состоит из сдвоенных Г-образных антенн в Хэнфорде, штат Вашингтон., и Ливингстон, Лос-Анджелес.
С тех пор LIGO присоединилась к исследованию космоса с помощью другой антенны, известной как Virgo, в Кашине, Италия. Объединенное сотрудничество ЛИГО-Девы состоит примерно из 2000 ученых по всему миру. Алфавитный перечень их названий и учреждений занимает первые пять с половиной страниц газеты.
Загадочное столкновение, зафиксированное в августе прошлого года, было одним из 56 возможных событий гравитационных волн — большинство из которых, по — видимому, являются столкновениями черных дыр-обнаруженных во время третьего запуска обсерватории, который проходил с апреля 2019 года по март 2020 года, когда пандемия коронавируса закрыла большую часть научной деятельности во всем мире. Совместная работа все еще рассматривает эти данные в попытке проанализировать и подтвердить их.
Доктор Калогера сказал, что это событие было захватывающим по нескольким причинам. Соотношение двух сталкивающихся масс было самым экстремальным-девять к одному-из всех гравитационных волновых столкновений, которые наблюдались до сих пор. Астрономы с трудом представляют себе, как такие несравненные звезды могли бы объединиться в двойную двойную звездную систему.
— Это очень трудно объяснить теориям образования, — сказала она.
Сигнал-характерное „чириканье“, вызванное столкновением объектов, кружащихся все быстрее и быстрее по мере приближения момента их окончательной гибели — длился около 10 секунд. “Благодаря благоприятным обстоятельствам наблюдения такого громкого сигнала с совершенно разными массами компонентов и в течение примерно 10 секунд мы добились самого точного гравитационно-волнового измерения спина черной дыры на сегодняшний день”, — говорится в заявлении Института Альберта Эйнштейна в Потсдаме, Германии.
Спин черной дыры несет важную информацию о рождении и эволюции черной дыры, отметил доктор Буонанно. В этом случае выяснилось, что черная дыра вращается “довольно медленно”, менее чем на одну десятую скорости, допускаемой строгими положениями теории Эйнштейна.
Ни у кого не было немедленного объяснения или кандидата на то, что за сущность могла заполнить этот пробел в массе — “недостаток”, как назвал его Доктор Калогера, — кроме как подтвердить, что расчеты были надежными.
Гордон Бейм, эксперт по нейтронным звездам из Университета Иллинойса, отметил, что столкновение пары нейтронных звезд в 2017 году, которое вызвало космический фейерверк, оставило позади нейтронную звезду с массой около 2,7 солнечных масс, таким образом ненадолго заняв разрыв в массе. Но считается, что этот объект почти сразу же провалился в черную дыру.
Большинство хорошо измеренных нейтронных звезд имеют массу около 1,4 солнца, сказал доктор Бэйм, и лишь немногие имеют массу больше двух. В теоретических расчетах он сказал:” очень трудно сделать материю достаточно жесткой, используя разумную физику», чтобы вызвать нейтронную звезду в диапазоне 2,6 солнечных масс.
Дэниел Хольц, профессор астрономии Чикагского университета, член коллаборации LIGO, но не один из главных авторов этой статьи, размышлял о том, что нейтронные звезды и черные дыры в некотором смысле являются “полярными противоположностями".”
«Нейтронная звезда состоит из самой плотной материи во Вселенной и в некотором смысле является конечной звездой”, — сказал он в электронном письме. — Черная дыра — это просто искривленное пространство и время. У него даже нет физической поверхности! А внутренняя часть черной дыры в некотором смысле даже не является частью нашей Вселенной, поскольку из нее ничего не может выйти. Поразительно то, что, несмотря на их глубокие различия, в данном конкретном случае мы не можем сказать, что есть что!- Все улики исчезли в образовавшейся черной дыре.
“Итак, мы не уверены, является ли этот объект нейтронной звездой или черной дырой, и в любом случае это интересно, и мы узнаем что-то новое, — сказал доктор Хольц. “Это беспроигрышный вариант! Многие теоретики сейчас точат свои карандаши, пытаясь объяснить то, что мы видели.”
------------------
Я предположил, что это была нейтронная звезда, в центре которой нейтроны распались на кварки и глюоны под действием гравитационных сил и темпрератур более 1 триллиона градусов.
Т.е. в ее центре кварк-глюонная плазма, текущая без трения, как сверхтекучая жидкость. Такие звезды- один из элементов темной материи, которую ищут астрономы. Должны быть еще другие, новые открытия этих гравитационных обсерваторий.
отредактировал(а) marsdmitri: 2020-06-26 01:34 GMT