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特殊来源的氩气将有助于物理学家了解更多关于宇宙暗物质的信息

2022-04-29 18:31:23  来源:cnBeta.COM

同时,在意大利撒丁岛,研究人员将设计和建造一个专门的加工厂,在意大利资助机构Istituto Nazionale Fisica Nucleare(INFN)的协助下,设施将被送往科罗拉多州。

在这个综合设施内--在意大利建造的加工厂和由Urania项目(以希腊天文学缪斯命名)在现场建造的外部结构--氩气将被提取、净化,并运往意大利的Laboratorio Nazionale Gran Sasso(LNGS)。在那里,它将被用于寻找宇宙中一些最困难的谜题的答案。

氩是一种化学元素,原子序数18,符号为Ar。它是一种惰性气体。氩是地球大气中含量第三高的气体,占总量的0.934%(9340 ppmv)。氩是地壳中最丰富的惰性气体,约占地壳的0.00015%。

然而,在研究小组能够在恒星中向外看之前,他们首先必须到达地球内部深处。准确地说。他们必须看到在科罗拉多州西南部的一个天然气钻探点发现的氩气的提取和处理,该钻探点由位于休斯顿的钻探和管道公司Kinder Morgan运营。

Renshaw说:“我们的设施将作为Kinder Morgan公司Doe Canyon设施的附属功能而存在,该设施已经从地幔中提取二氧化碳作为其天然气开采的一部分。来自Kinder Morgan公司地下深处的这些二氧化碳流中含有少量低放射性的氩气,这成为他们生产天然气的副产品,但也是我们可以利用的一种工具。这很有趣,因为低放射性的氩气可以成为我们研究的主要资产,因为它是一种非常好的元素,可以在低背景粒子探测器内使用。”

最终,在Kinder Morgan公司的现场,氩气从二氧化碳中分离出来,然后用专门为这个项目设计的高压气瓶运到撒丁岛,在那里进一步处理,最后运到LNGS,插入地下探测器,称为DarkSide-20k。

“一旦氩气被液化,它就可以在LNGS研究基地根据粒子与液态氩气的互动方式来检测粒子,”Renshaw说。通过这些研究,该团队希望能拼凑出宇宙暗物质的证据,并获得探测天体物理来源的中微子的能力。

作为地球上最常见的元素之一,氩气几乎随处可见。科学家们可以很容易地从大气中获取它。那么,为什么科罗拉多州的这种特定的氩气对Urania项目和意大利的DarkSide-20k实验如此重要?

“因为它几乎是100%的氩-40,自地球形成以来一直被保护在地下深处,”Renshaw解释说。“在相同的时间跨度内,大气层中的氩一直被宇宙射线不断轰击,使其加载氩-39,然后通过β发射衰变,并可能使DarkSide-20k粒子探测器的信号变得模糊。这意味着从科罗拉多州地下深处提取的氩气将使DarkSide-20k充满几乎100%的纯氩-40,大大降低探测器的整体背景率,并允许进行许多敏感性研究。”

研究人员希望通过DarkSide-20k粒子探测器(预计从2025年开始运行十年)揭示的是宇宙中暗物质的迹象--它是什么,它如何表现以及它为什么存在。换句话说,他们希望能够为宇宙中最黑暗的谜团之一带来光明。

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