Сфера пошуку частинок темної матерії скорочується. Адже найчутливіший у світі детектор цих теоретично обґрунтованих частинок не помітив жодного сиґналу їхнього існування протягом понад 20 місяців досліджень. Експеримент з Великим підземним ксеноновим давачем (Large Underground Xenon experiment, LUX) мав виявити експліцитні масивні частинки, що слабо взаємодіють, які на сьогодні є потенційними складовими темної матерії. Але безуспішно. Це звужує сферу пошуку темної матерії, розповідають американські науковці.
Вигляд фотосенсорів всередині LUX-експерименту — дотепер найчутливішого детектора частинок темної матерії. Фото: C.H.Faham
Темна матерія займає 4/5 нашого Всесвіту, проте з чого вона складається — як і раніше, невідомо. Ймовірними кандидатами на частинки темної матерії вважають слабко взаємодіючі масивні частинки (або вімпи) — тяжкі частинки, що не взаємодіють з нормальною матерією. Як і нейтрино, вімпи можуть мільярдами обтікати Землю й тіла живих істот, залишаючись для нас непоміченими.
З огляду на це безпосередньо довести існування вімпів дуже складно. Це можливо лише в кількох випадках, коли вімп стикається з атомом. У 2012 році саме для того, щоб відстежити вімпи, науковці сконструювали експеримент з Великим підземним ксеноном. Для цього спеціальну цистерну наповнили 370 кілограмами охолодженого рідкого ксенону.
Контейнер, який наповнили ксеноном, — ліворуч. Його накривка і дно обладнані фотосенсорами. Фото: Carlos Faham/ Brown University/ luxdarkmatter
Якби у цій цистерні вімп зіткнувся з атомом ксенону, то вивільнилася б енергія у вигляді фотону. Фотодетектори на дні та накривці цистерни мали реєструвати ці крихітні світлові відлиски й у такий спосіб довести проходження частинок темної матерії.
Щоби мінімізувати впливи космічного випромінювання на експеримент, давач помістили у закинуту шахту в Південній Дакоті на глибину понад півтора кілометра під землею. Додатково цистерну ізолювали водяним баком.
Після понад 20 місяців роботи LUX-спільнота оприлюднила свої фінальні результати. Добра новина: детектор є дотепер наймасштабнішим та найтривалішим безпосереднім пошуком таємничих частинок темної матерії. «Від 2013 року LUX демонстрував найкращу в світі чутливість на вімпів», — пояснює речник експерименту Рік Ґайтскел (Rick Gaitskell) з Браунського університету.
Погана новина: попри високу чутливість та майже півмільйона гігабайтів даних, LUX не зафіксував жодного однозначного сиґналу існування вімпів. «Те, що ми спостерігали, відображає лише фонові шуми», — розповідає Ґайтскел. Зокрема, сенсору вдалося записати сонячні нейтрино, унікальне гамма-випромінювання та частинки внутрішнього атомного розпаду.
Що це означає для пошуків темної матерії? Науковці пояснюють, що принаймні тепер їм відомо, де вімпів найімовірніше не знайти. Проте неґативний результат детектора з високою певністю відкидає деякі потенційні масові та енергетичні площини для пошуку цих частинок.
«LUX-результати піднімають планку для пошуків темної матерії ще вище», — коментує розвідку американська фізик Наталі Роу (Natalie Roe) з Національної лабораторії імені Лоуренса в Берклі. Тобто легших вімпів, на які натякають декотрі менш чутливі сенсори, що протягом останніх років фіксували «підозрілі» відхилення, тепер вважатимуть радше невірогідними кандидатами на складові темної матерії.
«Наш нульовий результат, однак, залишається значущим, адже він обмежує моделі природи темної матерії більше, ніж будь-який попередній експеримент», — пояснює учасник експерименту Чам Ґа (Cham Ghag) з лондонського Університетського коледжу.
Наступну інформацію науковці сподіваються здобути у новому експерименті LUX-ZEPLIN (LZ), який тепер перебуває на стадії розробки і має запрацювати до 2020 року. Новий давач, що міститиме десять тон рідкого ксенону, мусить бути у 70 разів чутливішим, ніж його попередник.
Dunkle Materie: Keine Spur von WIMPs
Scinexx.de 25/07/2016
Зреферувала Соломія Кривенко
30.07.2016