Новый детектор не подтверждает наличия темной материи

Почти 20 лет назад эксперимент DAMA/LIBRA, расположенный в Национальной лаборатории Гран-Сассо, Италия, начал публиковать данные, демонстрирующие обнаружение изменений сигнала, вызываемых взаимодействием с гало темной материи нашей галактики Млечный путь. Темная материя, предположительно, составляет 27 процентов известной Вселенной, в то время как на нормальную материю приходится всего лишь 4 процента. Оставшиеся 69 процентов Вселенной составляет темная энергия. Поскольку темная материя слабо реагирует с нормальной материей, ее присутствие до настоящего времени устанавливалось лишь по гравитационному влиянию на видимые тела, такие как звезды, галактики и скопления галактик. Согласно одной из распространенных моделей, совместное движение Земли, Солнца и самой Галактики вызывает появление «ветра» из темной материи для наблюдателя, находящегося на Земле – а именно, ветра, состоящего из слабо взаимодействующих массивных частиц (ВИМПов), гипотетических частиц темной материи. При движении Земли по орбите вокруг Солнца направление ее движение может то совпадать, то не совпадать с направлением ветра темной материи, и согласно ученым проекта DAMA/LIBRA, они зафиксировали такое годовое изменение сигнала детектора ВИМПов, причем полученная зависимость носила косинусоидальный характер. Проблема с этими результатами состоит в том, что впоследствии они так и не были ни разу воспроизведены исследователями на других экспериментальных установках.

С целью однозначно разрешить вопрос с данными, полученными в ходе эксперимента DAMA/LIBRA, был построен эксперимент COSINE-100 («Косинус-100»), в котором были использованы те же детекторы на основе кристаллов йодида натрия, что и в детекторе DAMA/LIBRA. В начальный период работы этого детектора ученые не нашли подтверждения сигналам эксперимента DAMA/LIBRA, однако в настоящее время активная работа с этим детектором продолжается. Одна из основных задач, стоящих перед проектом, состоит в том, чтобы воспроизвести результаты, полученные при помощи эксперимента DAMA/LIBRA, или доказать, что их повторение невозможно. Также ученые готовят второй этап эксперимента под названием COSINE-200, в котором будет использовано уже не 100, а 200 килограммов кристаллов йодида натрия. Этот детектор будет размещен в другом месте на территории Южной Кореи.

Лаборатория по исследованию темной материи готовится получить новый детектор

Исследователи из Хьюстонского университета, США, помогают разрабатывать технологию, которая может помочь разрешить одну из величайших загадок современности – тайну темной материи. Ученые считают, что на темную материю приходится 85 процентов материи Вселенной, но никто точно не знает, что она собой представляет. Физики из Колледжа естественных наук и математики Хьюстонского университета работают в рамках программы под названием DarkSide, направленной на поиски темной материи в форме слабо взаимодействующих массивных частиц, или ВИМПов (weakly interacting massive particles, WIMPs). В теории, столкновения ВИМПов с ядрами атомов нормальной материи должны сопровождаться небольшим, низкоэнергетическим «отскоком» последних. Наблюдая эти «отскоки», ученые могут зарегистрировать наличие ВИМПов. В настоящее время для этих целей команда использует детектор под названием DarkSide-50 (DS-50), расположенный под землей в лаборатории Gran Sasso National Laboratory, Италия.

 Недавно команда повысила чувствительность детектора, перейдя с атмосферного аргона на низкорадиоактивный жидкий аргон, добываемый из подземных источников в штате Колорадо. Однако сейчас исследователями разрабатывается детектор нового поколения, который резко поднимет уровень чувствительности установки.

Новый детектор под названием DarkSide-20k (DS-20k) будет похож по конструкции на детектор DS-50, однако в нем будет использоваться не 50, а 20000 килограммов низкорадиоактивного жидкого азота. Это позволит поднять поиски ВИМПов на новый уровень, считают члены научного коллектива. Кроме того, при помощи этого детектора можно будет искать темную материю не только в форме ВИМПов, но и в других гипотетических формах, отмечают ученые из Хьюстонского университета.

Ожидается, что сбор научных данных по программе обновленного эксперимента начнется в 2021 г.