Diposting Kamis, 24 November 2011 jam 3:39 am oleh Gun HS

Fisikawan Menetapkan Batas Terkuat pada Massa Materi Gelap

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

Kamis, 24 November 2011 -


Para fisikawan Universitas Brown telah menetapkan batas terkuat untuk massa materi gelap, partikel misterius yang diyakini membentuk hampir seperempat dari alam semesta. Para peneliti melaporkan dalam Physical Review Letters bahwa materi gelap memiliki massa yang lebih besar dari 40 giga-elektron volt. Perbedaan ini penting karena ini meragukan hasil akhir dari percobaan bawah tanah yang dilaporkan telah mendeteksi materi gelap.

Jika materi gelap ada di alam semesta, para ilmuwan kini telah menetapkan batas terkuat pada massanya.

Dalam sebuah makalah yang akan dipublikasikan dalam Physical Review Letters (tersedia dalam pdf), asisten profesor Universitas Brown, Savvas Koushiappas, beserta mahasiswa pascasarjana Alex Geringer-Sameth melaporkan bahwa materi gelap seharusnya memiliki massa yang lebih besar dari 40 giga-elektron volt dalam tumbukan materi-gelap yang melibatkan quark berat. (Massa partikel elementer aturannya dinyatakan dalam volt elektron.) Dengan menggunakan data publik yang dikumpulkan dari instrumen Fermi Gamma-ray Space Telescope NASA dan pendekatan statistik terbaru, ilmuwan Brown memberi batas massa partikel materi gelap dengan menghitung tingkat di mana partikel-partikel ini dianggap membatalkan satu sama lain dalam galaksi-galaksi yang mengorbiti galaksi Bima Sakti.

“Apa yang kami temukan adalah, jika massa partikel kurang dari 40 GeV, maka tidak bisa menjadi partikel materi gelap,” kata Koushiappas.

Dengan melihat alam semesta dari Fermi Gamma-ray Space Telescope NASA, fisikawan Brown mempelajari tujuh galaksi kerdil, dilingkari putih. Pengamatan ini menunjukkan bahwa galaksi-galaksi kerdil dipenuhi materi gelap karena gerakan bintang-bintang mereka tidak sepenuhnya dapat dijelaskan dengan massa mereka sendiri, membuat mereka tempat yang ideal untuk mencari sinyal pemusnahan materi gelap. (Kredit: Koushiappas dan Geringer-Sameth/Universitas Brown)

Pengukuran ini penting karena mereka meragukan hasil terbaru dari kolaborasi materi gelap yang melaporkan telah mendeteksi partikel yang sulit dipahami ini dalam percobaan bawah tanah. Kolaborasi ini – DAMA/LIBRA, CoGeNT dan CRESST – menyatakan bahwa mereka menemukan materi gelap dengan massa berkisar antara 7 hingga 12 GeV, kurang dari batas yang ditentukan oleh fisikawan Brown.

“Jika demi argumen massa partikel materi gelap kurang dari 40 GeV, artinya jumlah materi gelap di alam semesta saat ini akan sangat banyak sehingga alam semesta tidak akan mengembang pada tingkat yang dipercepat seperti yang kita amati,” kata Koushiappas, mengacu pada penghargaan Nobel 2011 dalam fisika yang diberikan untuk penemuan bahwa perluasan alam semesta mengalami percepatan.

Secara mandiri, kolaborasi Fermi-LAT tiba pada hasil yang sama, dengan menggunakan metodologi yang berbeda. Makalah-makalah dari Brown dan kolaborasi Fermi-LAT akan dipublikasikan dalam edisi Physical Review Letters yang sama.

Para fisikawan meyakini bahwa segala sesuatu yang dapat terlihat – planet, bintang, galaksi, dan yang lain-lainnya – membentuk hanya 4 persen dari alam semesta. Berbagai observasi menunjukkan bahwa materi gelap terhitung sekitar 23 persen dari alam semesta, sedangkan bagian sisanya terdiri dari energi gelap, kekuatan yang diyakini menyebabkan terjadinya percepatan ekspansi alam semesta. Masalahnya, materi gelap dan energi gelap tidak memancarkan radiasi elektromagnetik seperti halnya bintang dan planet, mereka hanya bisa “dilihat” melalui efek gravitasi mereka. Profil gelap dan massanya yang berat merupakan alasan utama mengapa materi gelap diduga menjadi sebuah partikel masif berinteraksi lemah (WIMP), yang membuatnya sangat sulit untuk dipelajari.

Apa yang diketahui para fisikawan adalah bahwa ketika WIMP dan anti-partikelnya bertabrakan dalam sebuah proses yang dikenal sebagai pemusnahan, puing-puing yang dimuntahkannya terdiri dari quark dan lepton berat. Fisikawan juga mengetahui bahwa ketika quark dan anti-quark saling memusnahkan, mereka menghasilkan sebuah jet partikel yang meliputi foton, atau cahaya.

Koushiappas dan Geringer-Sameth pada dasarnya membalikkan reaksi berantai pemusnahan ini. Mereka menetapkan pandangan mereka pada tujuh galaksi kerdil yang, berdasarkan pengamatan, dipenuhi dengan materi gelap karena gerakan bintang-bintangnya tidak sepenuhnya dapat dijelaskan dengan massa mereka sendiri. Galaksi-galaksi kerdil sebagian besar juga kehilangan gas hidrogen dan materi umum lainnya, yang artinya mereka menawarkan kanvas kosong untuk pengamatan yang lebih baik pada materi gelap dan dampaknya. “Ada suatu rasio sinyal-ke-derau yang tinggi. Mereka adalah sistem yang bersih,” kata Koushiappas.

Ilmuwan Brown menganalisis data sinar gamma yang dikumpulkan selama tiga tahun terakhir oleh teleskop Fermi untuk mengukur jumlah foton dalam galaksi-galaksi kerdil. Dari jumlah foton ini, para peneliti Brown mampu menentukan tingkat produksi quark, yang, pada gilirannya, memungkinkan mereka menetapkan batas pada massa partikel materi gelap dan tingkat di mana mereka musnah.

“Ini adalah pertama kalinya kami dapat mengesampingkan partikel WIMP generik yang dapat menjelaskan kelimpahan materi gelap di alam semesta,” kata Koushiappas.

Geringer-Sameth mengembangkan kerangka kerja statistik untuk menganalisis data dan kemudian menerapkannya pada pengamatan terhadap galaksi kerdil. “Ini adalah waktu yang sangat menarik dalam pencarian materi gelap, karena banyak peralatan eksperimental yang akhirnya menyusul teori-teori lama tentang apakah materi gelap itu sebenarnya,” kata Geringer-Sameth. “Kami benar-benar mulai menempatkan teori-teori ini untuk diuji.”

Kredit: Universitas Brown
Jurnal: Alex Geringer-Sameth, Savvas M. Koushiappas. Exclusion of canonical WIMPs by the joint analysis of Milky Way dwarfs with data from the Fermi Gamma-ray Space Telescope. Physical Review Letters, 1 Desember 2011 [PDF]

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.