(a) Limiti di esclusione dei diversi coefficienti di accoppiamento di NREFT; (b) Limiti di esclusione della sezione d'urto di diffusione del pione WIMP. Credito:Science China Press
Molte prove convincenti dalla fisica e dalla cosmologia delle astroparticelle indicano che il componente principale della materia nell'Universo è la materia oscura, pari a circa l'85% con il restante 15% di materia ordinaria. Tuttavia, la gente sa ancora poco della materia oscura, compresa la sua massa e altre proprietà. Molti modelli prevedono che le particelle di materia oscura potrebbero accoppiarsi con particelle ordinarie a livello di interazione debole, quindi è possibile catturare il segnale delle particelle di materia oscura con l'esperimento di rilevamento diretto.
Gli obiettivi scientifici del China Dark matter Experiment (CDEX) sono la rilevazione diretta della materia chiaro-oscura e del doppio decadimento beta senza neutrini con rilevatori di germanio a contatto puntuale di tipo p (PPCGe) presso il China Jinping Underground Laboratory (CJPL). Gli spettri di energia misurabili indotti dallo scattering elastico tra particelle di materia oscura e nucleoni bersaglio nel sistema di rilevamento CDEX potrebbero darci le informazioni sulla massa della materia oscura, spin e altre proprietà.
L'analisi degli attuali esperimenti sulla materia oscura è solitamente dipendente dal modello, e molti modelli oltre il modello standard hanno previsto l'esistenza della materia oscura, come modelli supersimmetrici e modelli extradimensionali. A causa della varietà di modelli fisici, i vincoli ricavati dagli stessi dati sperimentali non possono essere applicati direttamente ad altri modelli, che porta complicazioni alle interpretazioni fisiche. Le osservazioni cosmologiche hanno verificato che la maggior parte della materia oscura è la materia oscura fredda non relativistica, e come risultato, il trasferimento di quantità di moto nel processo di diffusione tra particelle di materia oscura e nucleoni è solo di circa centinaia di MeV, molto inferiore alla scala elettrodebole (~250 GeV). È quindi opportuno utilizzare una teoria di campo efficace per analizzare l'interazione tra materia oscura e materia ordinaria. Negli ultimi anni sono stati proposti due schemi alternativi per studiare diverse possibili interazioni, vale a dire la teoria del campo effettivo non relativistico (NREFT) e la teoria del campo efficace chirale (ChEFT). Una teoria efficace contiene tutte le possibili interazioni consentite da dati principi simmetrici, in modo che possa ridurre in modo indipendente dal modello la complessità dell'analisi.
La configurazione schematica dell'esperimento CDEX di nuova generazione in CJPL-II. Credito:©Science China Press
Negli esperimenti di rilevamento diretto della materia oscura, ciò su cui ci si concentra maggiormente sono l'analisi dello scattering indipendente dallo spin (SI) e dipendente dallo spin (SD), mentre l'EFT può fornire più interazioni dipendenti dalla quantità di moto o dalla velocità che di solito non vengono prese in considerazione. Beneficiando del basso rumore elettrico di PCCGe, la soglia di analisi di CDEX-1B e CDEX-10 raggiungono entrambi 160 eV, che può in gran parte migliorare la sensibilità di rilevamento per la materia oscura chiara.
Sulla base del set di dati di CDEX-1B e CDEX-10, La collaborazione CDEX presenta nuovi limiti per gli accoppiamenti del nucleone WIMP derivanti da NREFT e ChEFT. Nell'approccio non relativistico della teoria del campo efficace, migliorano oltre i limiti di corrente nella regione dei bassi mχ. Nell'approccio della teoria del campo efficace chirale, hanno esteso per la prima volta il limite all'accoppiamento WIMP-pion al mχ <6 GeV/c 2 regione.
I risultati correlati sono stati pubblicati online dal titolo "Primi vincoli sperimentali sugli accoppiamenti WIMP nel quadro della teoria del campo efficace da CDEX" in Scienza Cina-Fisica, Meccanica e Astronomia . Prof. Y. F. Zhou dell'Istituto di Fisica Teorica, L'Accademia cinese delle scienze ha scritto un articolo di revisione per questa pubblicazione.
Il funzionamento e l'analisi di CDEX-1B e CDEX-10 stanno arrivando alla fine, e la prossima generazione di esperimenti CDEX-100/CDEX-1T sono ora in preparazione. Il livello di fondo più basso e il miglioramento delle prestazioni di PPCGe possono aumentare la sensibilità dell'esperimento di rilevamento diretto. Mentre l'esperimento di nuova generazione di CDEX può scoprire che la materia oscura rimane sconosciuta, ma il mistero della materia oscura incoraggerà sempre più ricercatori a proseguire i suoi studi fino al giorno in cui questo profondo mistero dell'Universo sarà risolto.
