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望远镜和太空任务

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排除了暗物质和μ子作为DAMA信号源

下下方:DAMA-Libra位于Gran Sasso实验室

英国物理学家称,意大利DAMA小组对暗物质进行的有争议且未经证实的观察可能比以前认为的还要奇怪。他们的研究表明,DAMA看到的信号既不是暗物质也不是背景辐射。相反,他们说信号可能是DAMA检测器故障的结果’的数据收集装置。

从1998年开始,DAMA-LIBRA实验–坐落在意大利格兰萨索国家实验室的地下深处–据报道,暗物质探测器的信号每年都在振荡。一些物理学家认为,这种变化是对暗物质的首次直接检测,是地球在整个银河系中移动的结果’暗物质的光环。过去17年合作收集的更多数据 年的测量结果的统计显着性为9.3σ – well beyond the 5σ通常意味着在粒子物理学中的发现。但是,除了在美国进行的CoGENT暗物质实验外,全球没有其他暗物质搜索发现了类似的效果,这使首次直接检测暗物质的说法受到质疑。

模仿傻瓜?

去年,物理学家 乔纳森·戴维斯(Jonathan Davis)当时在英国达勒姆大学(Durham University)任教,’法国巴黎的Astrophysique de 开发了一个新模型来解释信号,表明探测器中的中子散射很容易模仿年度信号。根据戴维斯的说法,当太阳中微子和大气中子散布在屏蔽材料或包裹实验装置的岩石中时,这些中子将被释放。他指出,宇宙射线中的μ子在大气中衰减的速率全年变化,峰值约为21 六月;而太阳中微子的速率(每年也变化)大约在4  一月。结合起来,这两种来源的中子的速率每年都在变化,但是在两者之间的某个峰值处可以与5月下旬出现的DAMA峰值相匹配。虽然模仿DAMA信号的μ子的想法并不新鲜,但单独的μ子的时序与DAMA数据不匹配,因此该想法先前已被驳回。戴维斯’的模型通过增加太阳中微子的影响解决了这个问题。

现在, 维塔利·库德里亚夫采夫(Vitaly Kudryavtsev) 和英国谢菲尔德大学的乔尔·克林格(Joel Klinger)首次对DAMA上的介子和介子引起的中子进行了完整的3D建模,其中考虑了Gran Sasso的山峰轮廓和探测器配置,包括所有它的屏蔽层。库德列夫采夫(Kudryavtsev)从事暗物质搜索已经多年,并参与设计LUX-ZEPLIN等即将到来的项目。 physicsworld.com 他和Klinger位置优越,可以对DAMA使用的NaI探测器中的背景辐射进行全面评估。这使他们能够明确地确定观察到的事件的调制率是否可能源于任何类型的背景辐射。研究人员说,他们的结果最终表明,由Gran Sasso的μ子引起的中子通量太低了几个数量级,无法模仿DAMA调制。

影响最小

Kudryavtsev说,尽管DAMA合作本身已在其论文中提供了各种背景的估计,但迄今为止,尚未对μon诱导的背景进行完整的建模。戴维斯’去年的论文也仅提供了一个粗略的模型,该模型已被反驳 去年十一月的另一组研究人员他说,介子引起的中子和中微子引起的中子的实际作用远低于戴维斯’估计和DAMA信号。

库德里亚夫采夫和克林格’的结果也达成一致,实际上这两个结果合在一起“表示很难建立任何模型来解释DAMA信号。该结论基于对事件的能谱的分析,该谱由DAMA测量并由[背景]放射性计算得出”, says Kudryavtsev. “所测得的光谱可以很好地与[背景]放射性模型拟合,从而几乎没有空间容纳任何其他信号,无论是来自暗物质,背景还是任何仪器效应,” he adds.

出了名的复杂

戴维斯(Davis)回应了上述说法,称该软件包–二重奏用来模拟中子如何从最初产生的位置(在探测器周围的岩石或屏蔽层中)到达探测器本身–通常在社区中使用,这种模拟是“十分复杂”。戴维斯说,目前解释DAMA的暗物质模型非常复杂且不自然,因此到了平凡的模型是唯一选择的地步。“我认为人们目前对这些模型的创造力不足。尽管这本身是一个有争议的问题,但有些人会不同意,但人们对这些中子在DAMA探测器中实际相互作用的方式还没有很好的了解。在这些模拟中,中子只会在DAMA探测器中散射,但它会’可能还有其他相互作用,例如中子俘获(其次是光子的发射),过去有人认为这可以在很大程度上提高中子事件的发生率。本质上,事情并没有看起来那么好理解,” says Davis.

戴维斯还说,他论文的重点是“因为DAMA探测器可以’不能分辨是什么引起了它的散射事件,’真的不知道发生了什么事。我建议中子是一个简单的,可行的模型,并且应该从某个地方开始,但是有很多替代方法”。他说,中子可以被捕获而不是在DAMA探测器中被散射,或者可以有另一个与温度有关的信号源,或者甚至是电子在DAMA中而不是原子核中散射的东西。

基本要求

“我们认为讨论背景源的调制周期或相位而不讨论该源的幅度是没有意义的。可能会有几个潜在的调制信号源,这当然是DAMA使用的技术的缺点,”库德里亚夫采夫说。他解释说,目前所有实验均处于黑暗研究的最前沿“依赖于潜在信号和背景之间的有力区分。 DAMA没有此选项,并且会测量总事件发生率及其时间变化。但是,任何声称可以解释DAMA信号的模型都应与信号的测得幅度一致”。另外,二人说,这样的模型应该满足其他一些要求–与DAMA事件发生率相比,效果的幅度必须非常小;效果的调制幅度必须不小于效果的平均幅度;并且必须同时预测调制的相位和周期。

“尤其是,任何与预测的放射性本底相加的信号都应给出所有感兴趣能量的测量速率。目前,我们尚不知道可以满足这些要求的任何观测信号调制模型,” says Kudryavtsev. “请记住,我们对放射性和μ子了解很多…当然比我们对暗物质的了解要多得多…因此,如果我们完全相信DAMA关于完全控制温度变化等的陈述,那么对DAMA信号的任何解释都将非常困难。”

而库德里亚夫采夫和克林格’的模型没有提供DAMA信号的合理解释,这对夫妇很清楚的事实是,他们也不认为它来自暗物质,因为其他实验已经排除了这种可能性,并且无论如何暗物质信号都是难以适应测得的速率。“我们认为,无论是暗物质还是背景,都很难用任何模型来解释DAMA信号。所测得的事件发生率根本没有多少空间可容纳相当知名的放射性背景和信号,”库德里阿夫采夫说,并补充说“由DAMA进行的数据分析中实现的,由抑制光电倍增管噪声引起的人工效应。如果用于将噪声与真实事件分离的削减会随时间变化,那么在某些时间段内可能会将更多事件作为真实事件接受,从而导致事件发生率的调制。当然,这只是另一种推测,没有证据表明在数据分析中正在发生这种情况。”

戴维斯本人认为,了解DAMA调制的最大希望是其他实验,例如即将进行的实验。 DM冰 ,它们希望复制DAMA。“从根本上讲,我们可以模拟我们喜欢的一切,但我们真正需要的是更多的数据,” he says.

作品的预印本可在 arXiv 服务器。

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