Австралийские исследователи сыграли центральную роль в получении важного результата эксперимента LUX-ZEPLIN (LZ) в Южной Дакоте — самого чувствительного в мире детектора тёмной материи. Сегодня учёные, работающие над экспериментом, сообщают, что они ещё больше сузили ограничения на предполагаемые частицы тёмной материи. И впервые эксперимент обнаружил неуловимые нейтрино, рождённые глубоко внутри Солнца.
Учёные предполагают, что тёмная материя составляет около четверти массы Вселенной (или 85% её материи), но пока не выяснили, что именно составляет это странное явление. Результат, объявленный сегодня экспериментом LZ, является одним из самых чувствительных в мире измерений в поисках тёмной материи.
Доктор Тереза Фрут из Школы физики Сиднейского университета — одна из двух австралийских исследователей в международном сотрудничестве, насчитывающем 250 человек.
Доктор Фрут, которая сыграла важную роль в запуске детектора LZ в Южной Дакоте, сказала, что результат знаменует собой важную веху в этой области.
«Это невероятно, что наш детектор теперь достаточно чувствителен, чтобы улавливать нейтрино от Солнца», — сказала доктор Фрут. «Мы открываем новое окно в физику Солнца и нейтрино, одновременно продолжая поиски тёмной материи».
Доктор Фрут работала над LZ в течение десяти лет, в том числе в Оксфордском университете и Университетском колледже Лондона, и продолжает играть активную роль в работе и анализе данных.
К ней присоединился коллега-австралиец доктор Роберт Джеймс из Мельбурнского университета, который руководил ключевыми аспектами статистического вывода, лежащего в основе новых результатов.
«LZ теперь может похвастаться первыми в мире статистически значимыми наблюдениями солнечных нейтрино бора-8 посредством рассеяния нейтрино на ядре, а также мировыми рекордами по исключению тёмной материи выше 5 ГэВ», — сказал доктор Джеймс.
Миниатюрные частицы «катаются» на микроскопических волнах для экономии энергии в хаотической среде
Физики из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе (HHU) и Тель-Авивского университета в Израиле использовали модельные расчёты, чтобы изучить, как это может быть реализовано. Они опубликовали свои результаты в журнале Nature Communications.
При планировании океанского перехода моряки ищут курс, который оптимально использует благоприятные ветры и океанские течения, и маневрируют, чтобы сэкономить время и энергию. Они также реагируют на случайные колебания ветра и течений и используют попутный ветер и волны. Такие соображения относительно затрат энергии важны и для транспортных процессов на микро- и наноуровне.
Однако условия в высокодинамичной среде живого организма гораздо более суровые, и флуктуации, на которые должны реагировать микротранспортеры, значительно больше. Большие детерминированные силы, такие как периодичность сердцебиения, однако, могут быть использованы для реализации оптимальных стратегий движения; частицы могут «кататься» на волнах микрокосма, так сказать.
Немецко-израильская команда физиков под руководством профессора доктора Хартмута Лёвена из Института теоретической физики II в HHU и профессора доктора Яэль Роихман из Тель-Авивского университета исследовала, как минимизировать количество работы, необходимое для направления частицы в заданное место в течение заданного времени в микроскопической среде.
Профессор Лёвен, старший автор исследования, утверждает: «В лучшем случае эта задача управления может быть использована для извлечения работы, то есть флуктуации и внешние зависящие от времени силы используются для оптимизации затрат на энергию при транспортировке».
Оптимизация 3D-печати спиральных структур для терагерцовых частот
Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора (LLNL) оптимизировали и напечатали на 3D-принтере спиральные структуры в качестве оптических материалов для терагерцовых (ТГц) частот, что потенциально может устранить технологический разрыв для телекоммуникаций следующего поколения, неразрушающей оценки, химического/биологического зондирования и многого другого.
Напечатанные микромасштабные спирали надёжно создают циркулярно поляризованные лучи в ТГц-диапазоне, а при расположении в виде массивов могут функционировать как новый тип быстрого отклика (QR) для расширенного шифрования/дешифрования. Их результаты, опубликованные в Advanced Science, представляют собой первый полный параметрический анализ спиральных структур для ТГц-частот и показывают потенциал 3D-печати для изготовления ТГц-устройств.
weakly interacting massive particles (WIMPs)—one of the strongest candidates for dark matter—between masses of 3 and 9 giga-electronvolts (GeV). This is the first search by LZ below 9 GeV, and the results set world-leading constraints above 5 GeV, narrowing the possibilities for what dark matter could be.»,»Dr. James said, \»These results confirm LZ’s outstanding performance and pave the way for deeper exploration as the detector keeps collecting data through to 2028.\»»,»Dr. Fruth said, \»It might seem strange that scientists get excited by not finding dark matter. But by continuing to probe new possibilities, we are getting closer to our goal.\»»,»LZ’s sensitivity has now reached the point where it can detect neutrinos: ghostly, nearly massless particles that pass through matter almost undisturbed. Specifically, LZ has observed boron-8 solar neutrinos, produced by fusion reactions at the sun’s core.»,»Dr. Ann Wang, a scientist at SLAC National Accelerator Laboratory in the US and co-lead of the analysis, said, \»To maximize our dark matter sensitivity, we had to reduce and carefully model our instrumental backgrounds, and worked hard in calibrating our detector to understand what types of signals solar neutrinos would produce.»,»\»With this dataset, we have officially entered the neutrino fog, but only when searching for dark matter with these smaller masses. If dark matter is heavier—say, 100 times the mass of a proton—we’re still far away from neutrinos being a significant background, and our discovery power there is unaffected.\»»,»The boron-8 solar neutrinos interact in the detector through a process that was only observed for the first time in 2017: coherent elastic neutrino-nucleus scattering, or CEvNS. In this process, a neutrino interacts with an atomic nucleus as a whole, rather than just one of the particles inside it (a proton or neutron). Hints of boron-8 solar neutrinos interacting with xenon appeared in two detectors last year: PandaX-4T and XENONnT.»,»This sensitivity is both a triumph and a challenge: solar neutrinos can mimic the faint signals that LZ is designed to detect from dark matter. This so-called \»neutrino fog\» marks the point where neutrinos become a background for low-mass dark matter searches but also enables new neutrino and solar physics.»,»The results were presented on Monday 8 December in a scientific talk at the Sanford Underground Research Facility in South Dakota and were posted on the arXiv preprint server. The paper will also be submitted to the journal Physical Review Letters.»,»Members of the LZ collaboration—including Dr. Fruth—are already working on the design of the next major dark matter experiment: XLZD, a next-generation liquid xenon detector combining the best technologies from LZ, XENONnT and DARWIN.»,»Dr. Fruth served as lead editor of the XLZD Design Book, recently published in the European Physical Journal C, outlining how XLZD will become a true rare-event observatory capable of detecting a much wider range of neutrinos and dark matter candidates.»,»The ARC Center of Excellence for Dark Matter Particle Physics is one of LZ’s international partners, and Australian researchers continue to make substantial contributions to the global search for dark matter—one of the most profound questions in modern physics.»,»Dr. Fruth said discoveries in this field often come from \»many deliberate steps\» over long periods.»,»\»We know dark matter is out there—we see its gravitational fingerprints everywhere,\» she said. \»This result shows our experiment is operating at incredible sensitivity. If dark matter interacts with normal matter in the range we’re testing, LZ or its successors will find it.\»»,»\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tProvided by\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tUniversity of Sydney\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t»,»\n\t\t\t\t\t\t\tMore from Other Physics Topics\n\t\t\t\t\t\t «]’>Источник