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PandaX impose de nouvelles limites à la recherche de matière noire légère via des signaux d’ionisation

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PandaX impose de nouvelles limites à la recherche de matière noire légère via des signaux d’ionisation

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Image décrivant le principe de détection de la matière noire claire par PandaX. La matière noire claire se disperse avec des électrons dans le détecteur PandaX-4T. Crédit : Collaboration PandaX

Des équipes de physiciens du monde entier tentent de détecter la matière noire, une substance insaisissable qui n’émet, n’absorbe ni ne réfléchit la lumière. Parce qu’elle manque d’interactions avec les forces électromagnétiques, la matière est très difficile à observer directement, et donc la plupart des chercheurs recherchent plutôt des signaux résultant de ses interactions avec d’autres particules dans son environnement.

L’expérience PandaX est un effort de recherche dédié à la recherche de matière noire à l’aide de données recueillies par le détecteur d’astrophysique et de particules Xenon, situé au China Jinping Underground Laboratory (CJPL) dans le Sichuan, en Chine. Dans un article de recherche récent publié dans Lettres d’examen physiqueles chercheurs impliqués dans cette expérience à grande échelle ont publié les résultats de leurs dernières recherches sur la matière noire claire (c’est-à-dire l’interaction faible des particules massives de masse inférieure à 1 GeV).

« Actuellement, il existe de fortes limitations pour les candidats de matière noire de masse lourde dérivés de résultats nuls dans les expériences de détection directe avec des détecteurs au xénon », ont déclaré Yue Ming, Cheng Lin et Ning Zhou à Tech Xplore, au nom de la collaboration PandaX. Cependant, les recherches conventionnelles ne sont pas sensibles à la matière noire de masse légère (moins de GeV/c2) en raison du seuil d’énergie de détection. L’utilisation du signal d’ionisation uniquement (S2 uniquement) pour rechercher de la matière noire de masse légère peut abaisser le seuil d’énergie De ~ 1 keV à 0,1 keV Les analyses de données précédentes de S2 uniquement dans des détecteurs au xénon n’ont pas été en mesure de modéliser le fond, ce qui a empêché des recherches efficaces et sensibles de matière noire de masse légère.

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Dans les détecteurs biphasiques au xénon, tels que le détecteur PandaX, la matière noire peut généralement se manifester via des signaux instantanés de luminescence (S1) et d’ionisation (S2). Pour réduire le seuil d’énergie auquel ce signal peut être détecté, Meng, Lin, Zhou et leurs collègues se sont concentrés sur le second de ces signaux (S2), le soi-disant signal d’ionisation, qui se produit lorsque les électrons sont ionisés à partir d’atomes de xénon, et puis extrait du xénon liquide sous champ électrique.

« Nous nous sommes concentrés uniquement sur les données d’ionisation, car le signal d’ionisation S2 est amplifié dans le champ électrique élevé dans la région du gaz xénon, et l’exigence S1 est assouplie », ont expliqué les chercheurs. Au cours de la mise en service de PandaX-4T, environ 90 jours de données ont été collectées. Nous avons d’abord supprimé l’aveugle de la région de contrôle pour valider l’estimation du bruit de fond, puis supprimé l’aveugle de la région de signal pour tester le signal de matière noire de masse légère. Au final, aucune différence significative un excès a été observé et nous avons dérivé des contraintes sur les particules de matière noire claire.

Bien que ces derniers travaux de la collaboration PandaX n’aient pas abouti à des observations de signaux indiquant la présence de matière noire claire, ils ont permis aux chercheurs d’imposer des limites plus strictes à la détection de ce type de matière noire en recherchant des signaux d’ionisation. Ces limitations limitent une masse de l’ordre de 40 MeV/c2 à 10 gv/c2 Pour l’interaction de la matière noire avec l’électron ponctuel, 100 MeV/c2 à 10 gv/c2 pour l’interaction de la matière noire avec un électron via un milieu lumineux, et 3,2 à 4 GeV/c2 pour l’interaction matière noire–nickel indépendante du spin.

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« C’est la première fois que seuls les fonds ionisants ont été compris et modélisés dans des chambres de projection temporelle au xénon liquide modernes avec un seuil d’énergie faible au niveau des électrons », ont déclaré Ming, Lin et Zhu. « Les résultats fournissent les contraintes les plus strictes à ce jour sur les interactions possibles des particules de matière noire sur de larges plages de masse allant jusqu’à environ 40 MeV/c.2 à 10 gv/c2selon le type d’interaction. La nouvelle frontière se rapproche de l’espace des paramètres que les chercheurs s’attendent à ce que les particules de matière noire produites par des mécanismes cryogéniques et cryogéniques dans l’univers primitif pourraient habiter. »

De nouvelles contraintes développées par la collaboration PandaX pourraient faciliter de nouvelles recherches sur la matière noire légère en utilisant les données collectées par les détecteurs biphasiques au xénon. Pendant ce temps, le détecteur PandaX collecte plus de données à un niveau de fond inférieur, ce qui pourrait aider à imposer des limites de plus en plus strictes à la matière noire claire, contribuant potentiellement à sa détection à l’avenir.

« L’essai PandaX-4T continue de collecter des données et d’améliorer la sensibilité de ses recherches », ont ajouté Meng, Lin et Zhou. « Sur la seule base de notre meilleure compréhension de l’arrière-plan S2, nous prévoyons de le supprimer davantage en développant un meilleur algorithme de discrimination avec plus de données collectées et / ou en améliorant le cas d’exécution pour supprimer les origines de ces arrière-plans. »

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Plus d’information:
Shuaijie Li et al, Recherche de matière noire claire à l’aide de signaux d’ionisation dans l’expérience PandaX-4T, Lettres d’examen physique (2023). DOI : 10.1103/PhysRevLett.130.261001

Informations sur la revue :
Lettres d’examen physique


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Une étude réalisée en Oregon a révélé que les baleines grises de la côte du Pacifique sont devenues 13 % plus petites au cours des 20 à 30 dernières années.

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Les baleines grises qui passent l’été à se nourrir dans les eaux peu profondes au large de la côte nord-ouest du Pacifique ont connu une diminution significative de leur longueur depuis 2000 environ, selon une nouvelle étude de l’Université d’État de l’Oregon.

Selon les chercheurs, la taille plus petite pourrait avoir de graves conséquences sur la santé et le succès reproductif des baleines affectées, et également sonner l’alarme sur l’état du réseau trophique dans lequel elles coexistent.

« Cela pourrait être un signe avant-coureur indiquant que l’abondance de ce groupe d’animaux commence à décliner ou n’est pas en bonne santé », a déclaré KC Perlich, co-auteur de l’étude et professeur adjoint au Marine Mammal Institute de l’Ohio State University à Newport. « Les baleines sont les gardiennes de l’écosystème, donc si les populations de baleines ne se portent pas bien, cela pourrait nous en apprendre beaucoup sur l’environnement lui-même. »

L’étude, publiée dans la revue Global Change Biology, a porté sur le Pacific Coast Feeding Group (PCFG), un petit sous-groupe d’environ 200 baleines grises au sein du plus grand groupe du Pacifique Nord-Est (ENP) d’environ 14 500 baleines. Cette sous-population reste plus près des côtes de l’Oregon, se nourrissant dans les eaux moins profondes et plus chaudes des mers arctiques, où la majeure partie de la population de baleines grises passe la majeure partie de l’année.

Des études récentes menées par l’Ohio State University ont montré que les baleines de cette sous-population sont plus petites et dans une condition physique généralement pire que celles de leurs homologues ENP. L’étude actuelle révèle qu’ils ont diminué au cours des dernières décennies.

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Le laboratoire d’écologie géospatiale de la mégafaune marine (GEMM) du Marine Mammal Institute étudie ce sous-groupe de baleines grises depuis 2016, notamment en faisant voler des drones au-dessus des baleines pour mesurer leur taille. À l’aide d’images de 2016 à 2022 de 130 baleines individuelles d’âges connus ou estimés, les chercheurs ont déterminé qu’une baleine grise adulte née en 2020 devrait atteindre une longueur de corps adulte de 1,65 mètres (environ 5 pieds 5 pouces), soit plus courte que une baleine grise née avant 2000. Pour les baleines grises PCFG qui atteignent 38 à 41 pieds de longueur à pleine maturité, cela représente une perte de plus de 13 % de leur longueur totale.

Si la même tendance se produisait chez les humains, la taille moyenne d’une femme américaine passerait de 5 pieds 4 pouces à 4 pieds 8 pouces en 20 ans.

« En général, la taille est cruciale pour les animaux », a déclaré Enrico Perrotta, auteur principal de l’étude et chercheur à l’Université de St. Andrews en Écosse. « Cela affecte leur comportement, leur physiologie et leur histoire de vie, et a des effets en cascade sur les animaux et sur la société dont ils font partie. »

Les jeunes baleineaux en âge de sevrage pourraient ne pas être en mesure de gérer l’incertitude liée au fait de devenir indépendant, ce qui peut affecter les taux de survie, a déclaré Perrotta.

Pour les baleines grises adultes, l’une des plus grandes préoccupations est le succès de la reproduction.

« Comme ces baleines sont plus petites, des questions se posent quant à leur efficacité à stocker et à allouer l’énergie nécessaire à leur croissance et à maintenir leur santé. Plus important encore, sont-elles capables de fournir suffisamment d’énergie pour se reproduire et maintenir la croissance de la population ? » « , a déclaré Berlic.

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Les cicatrices que les baleines PCFG souffrent des collisions avec des bateaux et des enchevêtrements dans les engins de pêche font également craindre à l’équipe que leur taille corporelle plus petite combinée à leurs réserves d’énergie inférieures puissent rendre les baleines moins résistantes aux blessures.

L’étude a également examiné les modèles de l’environnement océanique qui régulent probablement la disponibilité de nourriture pour ces baleines grises au large de la côte Pacifique en suivant les cycles de « remontée d’eau » et de « relaxation » dans l’océan. Le courant de l’eau qui coule balaye les nutriments des zones profondes vers les zones peu profondes, tandis que des périodes de relaxation permettent ensuite à ces nutriments de rester dans des zones peu profondes où la lumière permet au plancton et à d’autres petits organismes de se développer, y compris les proies des baleines grises.

« Sans un équilibre entre la montée des eaux du fond et leur relâchement, l’écosystème pourrait ne pas être en mesure de produire suffisamment de proies pour supporter la grande taille de ces baleines grises », a déclaré le co-auteur Lee Torres, professeur agrégé et directeur du laboratoire GEMM. à l’Université d’État de l’Ohio.

Perrotta a déclaré que les données montrent que la taille des baleines a diminué en conjonction avec des changements dans l’équilibre entre la montée et la détente des eaux de fond.

« Nous n’avons pas examiné spécifiquement comment le changement climatique affecte ces tendances, mais nous savons de manière générale que le changement climatique affecte l’océanographie du nord-est du Pacifique à travers des changements dans la configuration des vents et la température de l’eau », a-t-il déclaré. « Ces facteurs et d’autres affectent la dynamique des fluctuations et des relâchements dans la région. »

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Maintenant qu’ils savent que la taille du corps des baleines grises PCFG est en déclin, les chercheurs affirment se poser de nombreuses nouvelles questions sur les conséquences ultimes de ce déclin et les facteurs qui pourraient y contribuer.

« Nous entamons notre neuvième saison sur le terrain pour étudier le sous-groupe PCFG », a déclaré Perlich. « Il s’agit d’un ensemble de données puissant qui nous permet de détecter les changements dans l’état corporel chaque année. Nous examinons donc maintenant les facteurs environnementaux de ces changements. »

Les autres co-auteurs de l’article sont Lisa Hildebrand, Clara Byrd et Alejandro Ajo de l’Ohio State University, ainsi que Leslie New de l’Ursinus College en Pennsylvanie.

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La formation par simulation basée sur l’IA améliore les performances humaines dans les exosquelettes robotiques

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Des chercheurs de l’Université d’État de Caroline du Nord ont démontré une nouvelle méthode qui exploite l’intelligence artificielle (IA) et les simulations informatiques pour entraîner des exosquelettes robotiques afin d’aider de manière indépendante les utilisateurs à économiser de l’énergie lorsqu’ils marchent, courent et montent les escaliers.

« Ce travail propose et démontre un nouveau cadre d’apprentissage automatique qui comble le fossé entre la simulation et la réalité pour contrôler de manière autonome des robots portables afin d’améliorer la mobilité et la santé des humains », explique Hao Su, auteur correspondant d’un article sur les travaux qui seront publiés. Le 12 juin dans le magazine nature.

« Les exosquelettes ont un énorme potentiel pour améliorer les performances des locomotives humaines », déclare Su, professeur agrégé de génie mécanique et aérospatial à l’Université d’État de Caroline du Nord. « Cependant, leur développement et leur déploiement à grande échelle sont limités par de longues exigences en matière de tests humains et par des lois sur la surveillance manuelle.

« L’idée de base ici est que l’IA incorporée dans l’exosquelette portable apprend à aider les gens à marcher, courir ou grimper dans une simulation informatique, sans nécessiter aucune expérience », explique Su.

Plus précisément, les chercheurs se sont concentrés sur l’amélioration du contrôle autonome dans les systèmes d’IA incorporés, c’est-à-dire les systèmes dans lesquels le logiciel d’IA est intégré à la technologie des robots physiques. Ce travail visait à enseigner aux exosquelettes robotiques comment aider les personnes en bonne santé à effectuer divers mouvements. En règle générale, les utilisateurs doivent passer des heures à « entraîner » l’exosquelette afin que la technologie sache quelle force est nécessaire – et quand appliquer cette force – pour aider les utilisateurs à marcher, courir ou monter les escaliers. La nouvelle méthode permet aux utilisateurs de profiter immédiatement des exosquelettes.

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« Ce travail fait de la science-fiction une réalité, permettant aux gens de dépenser moins d’énergie tout en effectuant diverses tâches », explique Su.

« Nous avons développé une méthode pour former et contrôler des robots portables qui profitent directement aux humains », explique Xuzhen Lu, premier auteur de l’article et ancien chercheur postdoctoral à NC State. Luo est maintenant professeur adjoint à l’Université aéronautique Embry-Riddle.

Par exemple, lors de tests sur des humains, les chercheurs ont découvert que les participants à l’étude utilisaient 24,3 % d’énergie métabolique en moins lorsqu’ils marchaient avec un exosquelette robotique que lorsqu’ils marchaient sans exosquelette. Les participants ont utilisé 13,1 % d’énergie en moins lorsqu’ils couraient dans l’exosquelette et 15,4 % d’énergie en moins lorsqu’ils montaient les escaliers.

« Il est important de noter que ces réductions de puissance comparent les performances de l’exosquelette robotique à celles d’un utilisateur ne portant pas l’exosquelette », explique Su. « Cela signifie qu’il s’agit d’une mesure réelle de la quantité d’énergie économisée par l’exosquelette. »

Bien que cette étude se soit concentrée sur le travail des chercheurs auprès de personnes en bonne santé, la nouvelle méthode s’applique également aux applications d’exosquelettes robotiques visant à aider les personnes à mobilité réduite.

« Notre cadre peut offrir une stratégie généralisable et évolutive pour le développement rapide et l’adoption généralisée d’une variété de robots d’assistance pour les personnes en bonne santé et à mobilité réduite », explique Su.

« Nous en sommes aux premiers stades de tests des performances de la nouvelle méthode sur des exosquelettes robotiques utilisés par des personnes âgées et des personnes souffrant de troubles neurologiques, tels que la paralysie cérébrale. Nous souhaitons également explorer comment cette méthode peut améliorer les performances des dispositifs prothétiques robotiques. pour la population amputée.

READ  La découverte de l'intrication quantique pourrait conduire à une percée dans la mesure des événements ultrarapides

Cette recherche a été menée avec le soutien de la National Science Foundation sous les prix n° 1944655 et 2026622 ; Institut national de recherche sur le handicap, la vie indépendante et la réadaptation, dans le cadre de la bourse 90DPGE0019 et de la bourse de recherche suisse SFGE22000372 ; et les National Institutes of Health, sous le prix 1R01EB035404.

Shuzhen Luo et Hao Su sont co-inventeurs de la propriété intellectuelle liée au contrôleur évoquée dans ce travail. Su est également co-fondateur et détient un intérêt financier dans Picasso Intelligence, LLC, qui développe des exosquelettes.

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La NASA et Boeing évaluent les effets potentiels des fuites d’hélium sur le Starliner

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La NASA et Boeing évaluent les effets potentiels des fuites d’hélium sur le Starliner

La capsule Starliner de Boeing poursuit une inspection approfondie lors de sa toute première mission d’astronaute.

Starliner a été lancé le 5 juin, transportant les astronautes de la NASA Butch Wilmore et Sonny Williams vers la Station spatiale internationale (ISS) pour une croisière connue sous le nom de Crew Flight Test (CFT).

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