Высокоточная рекалибровка датчика LUX позволит обнаружить неуловимую темную материю

 

Процедура новой высокоточной калибровки, проведенная по отношению к датчику LUX (Large Underground Xenon), предназначением которого является детектирование частиц неуловимой темной материи, послужила подтверждение высокой чувствительности этого датчика к регистрации низкоэнергетических событий. Это, в свою очередь, является надежным доказательством тому, что в ходе первого эксперимента с использованием датчика LUX, который был проведен летом прошлого года, ни одной частицы темной материи так и не было зарегистрировано.

В конце прошлого года ученые, работающие в рамках эксперимента LUX, опубликовали первые результаты своих исследований.

Несмотря на высокую чувствительность датчика, он за 90 дней наблюдений так и не зарегистрировал ни одного события, связанного с взаимодействием частиц темной матери различных типов с частицами обычной материи, хотя эксперименты, проводимые при помощи других подобных датчиков, обнаруживали подписи следов взаимодействия WIMP-частиц с частицами газового наполнителя.

«Новая процедура калибровки позволила увеличить точность датчика минимум в 10 раз» – рассказывает Рик Гэйтскелл (Rick Gaitskell), ученый-физик, задействованный в проекте LUX, – «С одной стороны это демонстрирует достоверность того, что все собранные нами ранее данные являются абсолютно верными, а с другой стороны, это позволяет надеяться на обнаружение темной материи в ближайшем будущем, в ходе следующих экспериментов».

Напомним нашим читателям, что

на долю темной материи, как считают ученые, приходится около 84 процентов от всей материи Вселенной. Хотя пока еще не было обнаружено ни самой темной материи, ни следов ее существования, ученые твердо уверены в ее существовании. Без гравитационного влияния темной материи некоторые галактики, группы галактик и другие массивные астрономические объекты просто не смогли бы существовать, они разлетелись бы в окружающем их космическом пространстве.

Пока еще неясно, что именно представляет из себя темная материя, но основная гипотеза заключается в том, что

она состоит из субатомных частиц, называемых WIMP-частицами (weakly interacting massive particles), массивных частиц, которые слабо взаимодействуют с обычной материей и которые практически беспрепятственно проходят через любую обычную материю.

Датчик LUX и другие подобные датчики разработаны для регистрации очень редких случаев взаимодействия WIMP-частиц с частицами обычной материи.

Датчик представляет собой резервуар, в котором находится около трети тонны жидкого ксенона, охлажденного до сверхнизкой температуры. На стенах резервуара установлена масса светочувствительных датчиков, способных детектировать единичные фотоны света, которые возникают в результате столкновения WIMP-частицы с ядром атома ксенона. Датчик находится на глубине более полутора километров, а толщи горных пород защищают его от космических лучей и другой радиации, которые могут исказить сигналы частиц темной материи.

Для проведения процедур калибровки таких датчиков ученые используют нейтроны. Результат взаимодействия нейтрона с ядром ксенона, по мнению ученых, очень близок к результату взаимодействия с этим же ядром WIMP-частицы. Тонкость проведенной рекалибровки датчика заключается в том, что вся процедура была проведена на датчике LUX непосредственно, в то время как все предыдущие калибровки производились в отдельных испытательных камерах, что обуславливало возникновение некоторой погрешности.

Позже в этом году ученые собираются при помощи рекалиброванного датчика LUX произвести расширенные поиски частиц темной материи. В этом поиске, который будет длиться около года времени, будет использоваться не только высокая чувствительность датчика, ученые будут использовать различные методы поиска, соответствующие различным формам темной материи, соответствующим различным существующим теориям, находящимся и за рамками Стандартной Модели физики элементарных частиц.