Представлены новые результаты эксперимента по поиску частиц темной материи

В международном проекте DarkSide с участием ученых НИЦ «Курчатовский институт» завершился первый этап исследований, посвященный поиску частиц темной матери с помощью детектора DarkSide-50. Результаты анализа данных, собранных за 530 дней работы DarkSide-50, позволили повысить точность прибора и расширить диапазон исследуемых масс частиц. Усовершенствованная технология считывания сигналов позволит детектору «почувствовать» частицы темной материи с массой вплоть до 1 ГэВ. Исследование опубликовано в журнале Physical Review D.

Видимая материя — звезды, планеты, галактики — составляет лишь 4% массы Вселенной. Остальные 96% приходятся на неизвестную «скрытую» субстанцию — темную материю и темную энергию. О существовании темной материи ученые знают благодаря наблюдению за гравитационным воздействием, которое она оказывает на орбиты звезд в галактиках и относительное движение самих галактик. Кроме того, темную материю можно «увидеть» с помощью эффекта, называемого гравитационным линзированием. Массивные объекты искажают пространство-время, из-за чего свет от далеких галактик вынужден огибать скопления темной материи. Так, феномен приводит к появлению дополнительных изображений объекта.

Природа темной материи пока неизвестна, однако считается, что она состоит из слабо взаимодействующих частиц, или, как их называют в современной литературе, WIMP (Weak Interaction Massive Particles). Для поиска этих частиц на базе Национальной лаборатории Гран Сассо (LNGS) в Италии была сформирована международная команда и исследовательская программа под названием «DarkSide», направленная на поиски темной материи. От России в коллаборацию вошли ученые НИЦ «Курчатовский институт» из Москвы и Гатчины, а также физики из МГУ им. М. В. Ломоносова и Объединенного института ядерных исследований (Дубна).

Ученые предполагают, что при столкновении WIMP с обычными ядрами отдача последних чрезвычайно мала, что вызывает низкое энерговыделение в детекторе. Поэтому исследователи пытаются создать технологию, которая может регистрировать WIMP, обнаруживая крошечную, едва заметную отдачу.

Команда разработала и использовала в новом эксперименте первый физический детектор программы — установку DarkSide-50, спроектированную для поиска WIMP с массой около 50 ГэВ (1 ГэВ — это приблизительно 1,8×10^-27 кг). Детектор представляет собой двухфазную время-проекционную камеру, заполненную 50 литрами сжиженного аргона. Чтобы повысить чувствительность прибора, ученые использовали аргон с низкой радиоактивностью, который был извлечен из подземных газовых скважин.

«В результате анализа данных, собранных за 530 дней работы детектора, мы убедились в потенциале используемой технологии поиска темной материи. Так, детектор на основе жидкого аргона позволил с уверенностью отличать фон естественной радиоактивности от событий, вызванных ядрами отдачи. Кроме того, новый метод анализа ионизационных сигналов с низким энерговыделением позволил существенно расширить область поиска WIMPs, вплоть до масс 1 ГэВ», — сообщил один из участников коллаборации, заместитель директора НИЦ «Курчатовский институт» по фундаментальным исследованиям, доктор физико-математических наук Михаил Скорохватов.

Полученные результаты пригодятся участникам проекта DarkSide при создании детектора следующего поколения DarkSide-20k, который будет использовать усовершенствованную технологию считывания сигналов и содержать в 400 раз больше жидкого аргона, около 20 тыс. кг. Ожидается, что новый детектор начнет собирать данные в Национальной лаборатории Гран Сассо в 2021 году, и наконец сможет найти частицы темной материи.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.