Diposting Minggu, 17 April 2011 jam 11:03 am oleh Gun HS

Pencarian Materi Gelap Selangkah Lebih Dekat dalam Mendeteksi Partikel Rumit

Suka dengan artikel ini?

Jelajahi artikel-artikel FaktaIlmiah yang berdasarkan apa yang dibaca dan ditonton teman-teman.
Terbitkan aktivitas Anda sendiri dan dapatkan kendali penuh.
Login

Minggu, 17 April 2011 -


Materi gelap, substansi misterius yang mungkin mengisi hampir 25 persen alam semesta, sejauh ini menghindari pengamatan langsung. Namun para peneliti dari UCLA, Columbia University dan lembaga lain yang berpartisipasi dalam kerjasama XENON internasional, mengungkapkan bahwa mereka kini melangkah lebih dekat daripada sebelumnya.

Hasil baru mereka, diumumkan 14 April dalam Gran Sasso National Laboratory di Italia, di mana percobaan XENON ditempatkan jauh di bawah gunung 70 mil di barat Roma, mewakili pencarian sensitivitas tertinggi, materi gelap.

Materi gelap secara luas dianggap sebagai jenis partikel dasar masif yang berinteraksi lemah dengan materi biasa. Fisikawan menyebut partikel ini sebagai WIMP, karena lemahnya interaksi sebagai partikel yang masif. Para peneliti XENON menggunakan detektor materi gelap yang dikenal sebagai XENON100 – sebuah tong terinstrumentasi yang diisi dengan lebih dari 100 pon xenon cair – dengan menargetkan WIMP yang dianggap mengalir terus-menerus melalui sistem surya dan Bumi.

Eksperimen XENON100 berlokasi di kedalaman bawah tanah di Gran Sasso National Laboratory, Itali, untuk mengurangi kontaminasi sinyal dari radiasi kosmik. (Kredit: Zina Deretsky, National Science Foundation)

Dan sementara percobaan XENON100 tidak menemukan sinyal materi gelap dalam 100 hari pengujian, para peneliti yang menghitung batas atas massa WIMP dan kemungkinan mereka berinteraksi dengan partikel lainnya merupakan yang terbaik di dunia, kata UCLA profesor fisika Katsushi Arisaka, anggota dari kolaborasi internasional.

XENON100 mencari sebuah kejapan primer cahaya yang terjadi ketika sebuah partikel memantul dari sebuah atom xenon di dalam detektor dan kejapan sekunder saat elektron terbebas dari atom xenon dengan sebuah tabrakan yang dipercepat ke arah bagian atas perangkat oleh medan listrik, kata peneliti UCLA fisika Hanguo Wang, yang bekerja dengan Arisaka. Dengan konfigurasi ini, sebuah WIMP akan menghasilkan sinyal yang secara fundamental berbeda dengan radiasi kosmik atau emisi dari peralatan itu sendiri, sehingga memungkinkan untuk mengidentifikasi pembacaan latar belakang yang bisa saja salah untuk deteksi positif, katanya.

Meskipun percobaan ini tidak mendeteksi sebuah WIMP, kemajuannya berguna bagi proyek ambisius generasi mendatang yang disebut XENON1T, yang akan menggunakan intrumen yang jauh lebih besar, yang menampung satu ton cairan xenon dengan detektor cahaya sangat khusus, dikembangkan di UCLA yang membuatnya 100 kali lebih sensitif dari XENON100, kata David Cline, seorang profesor UCLA fisika dan pendiri kelompok materi gelap UCLA.

Pencarian materi gelap

Materi biasa, yang membentuk bintang, planet, gas dan debu di galaksi kita, memancarkan atau memantulkan cahaya yang dapat diamati dengan menggunakan teleskop di Bumi atau di ruang angkasa. Namun, pengaruh materi gelap, menurut beberapa teori, hanya bisa diamati secara tidak langsung berdasarkan gaya gravitasi yang bekerja pada bagian-bagian yang lebih terlihat pada galaksi di sekitar kita, kata Cline.

Meskipun terdapat perbedaan antara materi biasa dan gelap, para kosmolog percaya bahwa keduanya telah berkaitan sejak awal alam semesta, di mana materi gelap memainkan peran kunci dalam penggabungan partikel menjadi bintang, galaksi dan struktur skala besar lainnya setelah Big Bang.

Walaupun materi gelap memberikan gaya nyata di galaksi secara keseluruhan, individu WIMP telah terbukti jauh lebih sulit untuk dideteksi. Karena partikel-partikel ini berinteraksi sangat lemah dengan materi normal, sinyal kecil yang mungkin berasal dari deteksi WIMP di atas dataran akan tenggelam oleh radiasi kosmik yang terus-menerus membombardir permukaan bumi, kata Cline.

Katsushi Arisaka (kiri), sedang memegang QUPID, dan Hanguo Wang. (Kredit: Reed Hutchinson/UCLA)

Untuk menghilangkan sebagian dari kebisingan latar belakang tersebut, percobaan XENON100 ditempatkan hampir satu mil di bawah bebatuan di laboraturium Gran Sasso, fasilitas bawah tanah terbesar dari jenisnya di dunia. Sementara partikel materi gelap mampu melakukan perjalanan dengan mudah melalui hamparan luas batu dan melewati detektor, hanya partikel yang paling energik dari ruang saja yang mampu mengikutinya, kata Arisaka.

Langkah-langkah berikutnya

Karena percobaan XENON100 dilindungi oleh sejumlah besar bebatuan, juga dengan beberapa ton tembaga, timah dan air, sumber terbesar deteksi latar belakang sebenarnya adalah radiasi yang berasal dari instrumen itu sendiri, kata Arisaka.

Dalam upaya mengatasi masalah ini, Arisaka dan Wang, yang bekerjasama dengan Hamamatsu Photonics di Jepang, telah mengembangkan Quartz Photon Intensifying Detector (QUPID), sebuah teknologi detektor-cahaya terbaru yang tidak memancarkan radiasi. Kelompok XENON berharap bisa menggabungkan teknologi terobosan ini ke dalam percobaan XENON1T di masa depan.

Tujuh QUPID (QUartz Photon Intensifying Detectors), sebuah teknologi terbaru detektor-foton yang tidak memancarkan radiasi dan akan sangat mengurangi kebisingan latar belakang dalam pencarian materi gelap di masa depan. (Kredit: Katsushi Arisaka)

“Kami telah mengembangkan detektor untuk digunakan dalam percobaan masa depan berdasarkan teknologi detektor-foton terbaru,” kata Wang. “Kami menemukan, menguji dan menunjukkan operasinya pada xenon cair di laboratorium kami di UCLA.”

Selain Arisaka, Cline & Wang, kelompok XENON UCLA meliputi sarjana pasca-doktoral Emilija Pantic dan Paolo Beltrame serta mahasiswa pascasarjana Artin Teymourian dan Kevin Lung. Dua mahasiswa, Ethan Brown dan Michael Lam, menerima gelar doktor tahun lalu melalui penelitian ini.

Elena Aprile, seorang profesor fisika di Universitas Columbia, adalah penyelidik utama kolaborasi XENON dan juga sebagai juru bicara.

Kolaborasi XENON terdiri dari 60 ilmuwan dari 14 lembaga di Amerika Serikat (UCLA, Columbia University, Rice University), China (Universitas Jiao Tong Shanghai); Perancis (Subatech Nantes); Jerman (Max-Planck-Institut Heidelberg, Johannes Gutenberg University Mainz, Münster Willhelms Universität); Israel (Weizmann Institute of Science); Italia (Laboratori Nazionali del Gran Sasso, INFN e Università di Bologna), Belanda (Amsterdam Nikhef); Portugal (Universidade de Coimbra) dan Swiss (Zürich Universität).

XENON100 didukung oleh kerjasama berbagai institut dan secara federal didanai oleh National Science Foundation dan Departemen Energi AS, juga oleh Nasional Swiss Foundation; Institut national de physique des particules et de physique nucléaire and La Région des Pays de la Loire, Perancis ; Max-Planck-Society dan Deutsche Forschungsgemeinschaft, Jerman; German-Israeli Minerva Gesellschaft and GIF, Israel; FOM, Belanda; Fundação para a Ciência e Tecnologia, Portugal; Instituto Nazionale di Fisica Nucleare,Italia; dan STCSM, Cina.

Sumber: Search for dark matter moves one step closer to detecting elusive particle; newsroom.ucla.edu – Kim DeRose
Kredit: University of California, Los Angeles

Gun HS
There's only one thing I figured about myself: Complex
Bergabung dengan 1000 orang lebih dengan kami melalui sosial media

Berlangganan artikel dan berita terbaru dari kami via email


Aktifitas

© 2010 FaktaIlmiah.com. Hak cipta asli oleh faktailmiah
Anda boleh mendistribusikannya dengan mencantumkan referensi dari situs kami.