XENON1T ne détecte aucun signal de particules lié aux ondes gravitationnelles
La recherche montre aucun signal de particule associé aux ondes gravitationnelles détectées.
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Table des matières
XENON1T est un détecteur de matière noire qui cherche des Signaux de particules. Cette recherche vise à trouver des signaux qui pourraient se produire en même temps que des Ondes gravitationnelles. Les ondes gravitationnelles sont des ondulations dans l'espace-temps causées par des événements massifs, comme la fusion de deux étoiles à neutrons. Les scientifiques sont à la recherche de liens entre ces ondes et les signaux des particules, ce qui pourrait donner des infos importantes sur l'univers et ses particules fondamentales.
La recherche de signaux de particules
Dans cette étude, une recherche spécifique a été menée pour des signaux de particules qui se produiraient près dans le temps des signaux d'ondes gravitationnelles détectés par LIGO et Virgo, deux observatoires qui surveillent l'univers pour ces événements. L'équipe a cherché des signes d'interactions de particules dans quatre canaux différents, qui sont des façons spécifiques de détecter des signaux dans le détecteur XENON1T.
Quelles étaient les ondes gravitationnelles ?
Les ondes gravitationnelles examinées dans cette recherche venaient de plusieurs événements connus : GW170104, GW170729, GW170817, GW170818 et GW170823. Ces ondes ont été détectées sur une période, et les chercheurs visaient à trouver des signaux de particules coïncidant qui pourraient soutenir des théories sur la matière noire ou d'autres particules au-delà de ce qui est actuellement connu.
Qu'ont-ils trouvé ?
Après avoir analysé les données, aucun signal de particule n'a été observé dans aucun canal dans une fenêtre temporelle de 500 secondes après la détection des ondes gravitationnelles. L'absence de signaux a fourni des limites importantes sur certains types de particules et leurs interactions.
Neutrinos et particules au-delà du modèle standard
La recherche visait à améliorer notre connaissance des neutrinos, qui sont de toutes petites particules qui interagissent très faiblement avec la matière. Le lien avec les ondes gravitationnelles permet aux scientifiques d'examiner les émissions d'événements comme les fusions de binaires d'étoiles à neutrons, spécifiquement l'événement GW170817.
Qu'est-ce que les neutrinos ?
Les neutrinos sont des particules fondamentales qui sont difficiles à détecter à cause de leur interaction minimale avec la matière normale. L'absence de signaux de particules dans l'analyse signifie que les chercheurs ont pu établir de nouvelles limites sur le nombre de neutrinos produits lors des événements d'ondes gravitationnelles.
Émission d'autres particules
Au-delà des neutrinos, l'équipe a aussi cherché d'autres types de particules qui auraient pu être émises pendant ces événements cosmiques. Ces particules sont parfois appelées "particules au-delà du modèle standard" (BSM), qui incluent des particules théoriques comme les axions et les neutrinos stériles. Les concepts autour de ces particules sont encore en exploration, et l'absence de signaux aide à resserrer les contraintes sur leur existence possible.
Méthodes d'analyse
Pour collecter et analyser les données, les chercheurs ont utilisé une variété de techniques et de canaux dans le détecteur XENON1T. Chaque canal est optimisé pour détecter des types spécifiques de signaux basés sur les niveaux d'énergie attendus des particules entrantes.
Différents canaux
L'analyse a été réalisée à travers plusieurs canaux, y compris des méthodes pour détecter les recoils nucléaires et électroniques. Ces canaux ont différents seuils d'énergie, ce qui signifie qu'ils peuvent capturer différents types d'interactions de particules en fonction de l'énergie des particules impliquées.
Événements de fond
Un aspect critique de l'analyse est de comprendre les événements de fond qui pourraient interférer avec les signaux recherchés. Les chercheurs ont estimé le taux de fond et pris en compte combien d'événements de fond pourraient être attendus dans les délais donnés.
Résultats et prédictions
Les résultats de l'analyse ont conduit à certaines prédictions sur le comportement et la présence de particules liées aux ondes gravitationnelles. Voici un résumé de ce qui a été trouvé :
Aucun signal détecté
Pendant les fenêtres temporelles autour des événements d'ondes gravitationnelles, les chercheurs n'ont détecté aucun signal de particule dans aucun des canaux. Ce résultat était conforme à ce que les scientifiques attendaient en fonction des événements de fond.
Limites supérieures sur la fluence des particules
En raison des résultats, l'équipe a pu établir des limites supérieures sur la fluence des neutrinos. La fluence est une façon de décrire la quantité totale d'un type de particule qui passe par une zone donnée sur une certaine période. En établissant ces limites, ils pouvaient mieux comprendre combien de neutrinos étaient probablement produits dans chaque événement gravitationnel.
Comparaison avec d'autres Détecteurs
Les limitations établies par cette étude sont comparées aux découvertes antérieures d'autres détecteurs. La capacité de sonder des neutrinos de faible énergie, spécifiquement jusqu'à 17 keV, est l'un des résultats significatifs de cette recherche.
Implications futures
Les résultats ont des implications pour les études futures. À mesure que les détecteurs d'ondes gravitationnelles continuent à fonctionner, ils fourniront plus de données sur les fusions proches. Cette recherche peut aider à affiner les limites fixées sur les particules et mener à une meilleure compréhension de la façon dont ces événements produisent diverses particules.
Nouvelles possibilités d'observation
La collaboration continue entre les observatoires d'ondes gravitationnelles et les détecteurs de matière noire ouvre de nouvelles possibilités d'observation. Les données futures pourraient fournir des preuves de signaux qui n'ont pas été capturés dans cette étude, surtout à mesure que de nouveaux détecteurs plus grands deviennent disponibles.
Importance pour la physique fondamentale
Dans l'ensemble, la recherche contribue à la physique fondamentale en testant des théories sur les neutrinos et les particules nouvelles potentielles. Elle aide à affiner les modèles et offre des indications sur ce qu'il faut rechercher dans les expériences futures.
Conclusion
La recherche de signaux de particules associés aux ondes gravitationnelles dans le détecteur XENON1T n'a révélé aucun signal observable dans les délais sélectionnés. Les résultats ont établi de nouvelles limites supérieures sur les neutrinos et d'autres particules potentielles, enrichissant encore notre compréhension des événements cosmiques. Au fur et à mesure que de plus en plus de données deviennent disponibles, les scientifiques sont optimistes quant à l'affinement de leurs modèles et de leurs attentes sur le comportement des particules dans l'univers. La collaboration entre différents observatoires et expériences reste cruciale pour faire progresser les connaissances dans ce domaine.
Titre: Search for events in XENON1T associated with Gravitational Waves
Résumé: We perform a blind search for particle signals in the XENON1T dark matter detector that occur close in time to gravitational wave signals in the LIGO and Virgo observatories. No particle signal is observed in the nuclear recoil, electronic recoil, CE$\nu$NS, and S2-only channels within $\pm$ 500 seconds of observations of the gravitational wave signals GW170104, GW170729, GW170817, GW170818, and GW170823. We use this null result to constrain mono-energetic neutrinos and Beyond Standard Model particles emitted in the closest coalescence GW170817, a binary neutron star merger. We set new upper limits on the fluence (time-integrated flux) of coincident neutrinos down to 17 keV at 90% confidence level. Furthermore, we constrain the product of coincident fluence and cross section of Beyond Standard Model particles to be less than $10^{-29}$ cm$^2$/cm$^2$ in the [5.5-210] keV energy range at 90% confidence level.
Auteurs: XENON Collaboration, E. Aprile, K. Abe, S. Ahmed Maouloud, L. Althueser, B. Andrieu, E. Angelino, J. R. Angevaare, V. C. Antochi, D. Antoń Martin, F. Arneodo, L. Baudis, A. L. Baxter, M. Bazyk, L. Bellagamba, R. Biondi, A. Bismark, E. J. Brookes, A. Brown, S. Bruenner, G. Bruno, R. Budnik, T. K. Bui, C. Cai, J. M. R. Cardoso, A. P. Cimental Chavez, A. P. Colijn, J. Conrad, J. J. Cuenca-García, V. D'Andrea, M. P. Decowski, P. Di Gangi, S. Diglio, K. Eitel, A. Elykov, S. Farrell, A. D. Ferella, C. Ferrari, H. Fischer, M. Flierman, W. Fulgione, C. Fuselli, P. Gaemers, R. Gaior, A. Gallo Rosso, M. Galloway, F. Gao, R. Glade-Beucke, L. Grandi, J. Grigat, H. Guan, M. Guida, R. Hammann, A. Higuera, C. Hils, L. Hoetzsch, N. F. Hood, J. Howlett, M. Iacovacci, Y. Itow, J. Jakob, F. Joerg, A. Joy, M. Kara, P. Kavrigin, S. Kazama, M. Kobayashi, G. Koltman, A. Kopec, F. Kuger, H. Landsman, R. F. Lang, D. G. Layos Carlos, L. Levinson, I. Li, S. Li, S. Liang, S. Lindemann, M Lindner, K. Liu, J. Loizeau, F. Lombardi, J. Long, J. A. M. Lopes, Y. Ma, C. Macolino, J. Mahlstedt, A. Mancuso, L. Manenti, F. Marignetti, T. Marrodán Undagoitia, K. Martens, J. Masbou, D. Masson, E. Masson, S. Mastroianni, M. Messina, K. Miuchi, A. Molinario, S. Moriyama, K. Morå, Y. Mosbacher, M. Murra, J. Müller, K. Ni, U. Oberlack, B. Paetsch, J. Palacio, Q. Pellegrini, R. Peres, C Peters, J. Pienaar, M. Pierre, G. Plante, T. R. Pollmann, J. Qi, J. Qin, D. Ramírez García, J. Shi, R. Singh, L. Sanchez, J. M. F. dos Santos, I. Sarnoff, G. Sartorelli, J. Schreiner, D. Schulte, P. Schulte, H. Schulze Eißing, M. Schumann, L. Scotto Lavina, M. Selvi, F. Semeria, P. Shagin, S. Shi, E. Shockley, M. Silva, H. Simgen, A. Takeda, P. -L. Tan, A. Terliuk, D. Thers, F. Toschi, G. Trinchero, C. Tunnell, F. Tönnies, K. Valerius, G. Volta, C. Weinheimer, M. Weiss, D. Wenz, C. Wittweg, T. Wolf, V. H. S. Wu, Y. Xing, D. Xu, Z. Xu, M. Yamashita, L. Yang, J. Ye, L. Yuan, G. Zavattini, M. Zhong, T. Zhu
Dernière mise à jour: 2023-10-27 00:00:00
Langue: English
Source URL: https://arxiv.org/abs/2306.11871
Source PDF: https://arxiv.org/pdf/2306.11871
Licence: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Changements: Ce résumé a été créé avec l'aide de l'IA et peut contenir des inexactitudes. Pour obtenir des informations précises, veuillez vous référer aux documents sources originaux dont les liens figurent ici.
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