In de laatste paar decennia, astrofysici en kosmologen hebben verschillende waarnemingen verzameld die wijzen op het bestaan ​​van donkere materie (DM), een soort materie die niet absorbeert, licht reflecteren of uitstralen, en kan dus niet worden gedetecteerd met behulp van conventionele technieken voor het waarnemen van elektromagnetische straling. Hoewel natuurkundigen het bestaan ​​ervan hebben voorspeld op basis van astrofysische en kosmologische waarnemingen, tot dusver, DM is nooit experimenteel waargenomen.

Het meest gevoelige massavenster voor experimenten gericht op het direct detecteren van DM met conventionele technologieën (d.w.z. zoeken naar nucleaire terugslag in detectoren) is O (10 ^-100 )GeV. Als het om lichte DM gaat, vooral dat in het sub-GeV-bereik, de verstrooiing van DM met kernen kan geen nucleaire terugslag produceren boven de drempel waarop het door bestaande technologieën zou worden gedetecteerd.

Onderzoekers van de Shanghai Jiao Tong University en het Purple Mountain Observatory van de Chinese Academie van Wetenschappen hebben geprobeerd strategieën te identificeren die zouden kunnen helpen deze uitdaging te overwinnen en karakteristieke signalen van sub-GeV DM met een breder gevoeligheidsbereik te onthullen (d.w.z. dat zou gemakkelijker te detecteren zijn). Een van hun meest recente publicaties, gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , schetst een nieuw type dageffect dat relevant is voor sub-GeV DM versterkt door kosmische straling. Dit effect zou mogelijk de directe detectie van sub-GeV DM met nucleaire terugslag mogelijk kunnen maken.

"In de literatuur werd erop gewezen dat zolang DM kan interageren met kernen, de energetische kernen in de ruimte (kosmische straling) kunnen -sommige DM-deeltjes versnellen tot hogere energie om de detectiedrempel te overschrijden, natuurlijk het openen van het lage-massavenster, " Shao-Feng Ge en Qiang Yuan, twee van de onderzoekers die het onderzoek uitvoerden, vertelde Phys.org. "We gingen verder door op te merken dat zowel DM als kosmische straling een hoge dichtheid hebben rond het melkwegcentrum (GC)."

In het scenario dat door Ge wordt overwogen, Yuan en hun collega's, versnelde DM-deeltjes zouden voornamelijk uit de richting van de GC komen, die een unieke functie biedt die verschilt van de gewone component van DM. Hoewel detectietechnieken gebaseerd op de analyse van nucleaire terugslag niet kunnen onthullen uit welke richting DM-deeltjes zouden komen, wanneer de GC zich aan de andere kant van de aarde bevindt van waar de detector zich bevindt, de aarde zou een groot deel van de versnelde DM kunnen overschaduwen.

Met andere woorden, de onderzoekers ontdekten dat als DM-kernen die dwarsdoorsneden verstrooien voldoende groot zijn, de flux van DM wordt verzwakt als het zich door de aarde voortplant. Dit leidt tot een natuurlijke dagmodulatie, die zou kunnen dienen als een kenmerkende handtekening van versnelde DM.

"Het conventionele dagelijkse effect is alleen voor langzaam bewegende (niet-relativistische) DM-deeltjes in onze melkweg (de zogenaamde standaard DM-halo), "Ge en Yuan zeiden. "Het effect is verwaarloosbaar klein, hetzij door directe experimentele beperkingen, of vanwege de detectiedrempel. Voor lichte DM-deeltjes, anderzijds, de DM-kern interactie is veel minder beperkt, die ruimte laat voor sterke dagelijkse modulatie."

In hun krant de onderzoekers laten zien dat kosmische stralingsversnelling de detectie van DM-deeltjes zou kunnen mogelijk maken of vergemakkelijken. In aanvulling, ze suggereren dat het unieke dagelijkse modulatiegedrag dat ze beschreven, wordt gekenmerkt door een gerichte en hogere energieflux.

"De in onze studie voorgestelde diurnale modulatiesignatuur zou een rokend pistool van kosmische straling kunnen zijn die de detectie van donkere materie versterkt, terwijl de dominante achtergrond van radioactieve onzuiverheden deze eigenschap niet heeft, "Ning Zhou en Jianglai Liu, twee onderzoekers betrokken bij het onderzoek, vertelde Phys.org. "Het nucleaire terugslagenergiespectrum zou ook een dagelijkse modulatie vertonen, wat een verder middel zou kunnen zijn om potentiële achtergrond te onderdrukken."

Opmerkelijk, deze studie identificeerde een nieuwe signatuur geassocieerd met door kosmische straling versterkte DM. In de toekomst, deze onderzoeksgroep en andere teams kunnen gegevens analyseren die in het verleden zijn verzameld, lopende en toekomstige ondergrondse DM-experimenten, specifiek op zoek naar de unieke signatuur van dagelijkse modulatie die in de recente paper wordt benadrukt.

"We zullen nu onderzoekers over de hele wereld aanmoedigen om zorgvuldig naar deze handtekening in hun gegevens te zoeken, Zhou en Ge zeiden. "Meer over de theoretische kant, in ons artikel wordt het model van de aarddemping behandeld met een vereenvoudigd model, die we willen verbeteren. We zullen ook proberen te bepalen of er een ideale combinatie is van meerdere ondergrondse experimenten die de detectie verder zouden kunnen betekenen."

© 2021 Science X Network