Самый чувствительный подземный детектор тёмной материи готов к поиску

Гигантский резервуар с водой (слева), скрывающий внутри детектор тёмной материи и трёхэтажный научный комплекс (справа)
(фото XENON1T).

Читайте нас в Telegram

Международная команда физиков из Национальной лаборатории Гран-Сассо (Laboratori Nazionali del Gran Sasso) объявила о начале эксперимента XENON1T, в ходе которого, наконец, могут быть зарегистрированы неуловимые частицы тёмной материи. Ради этого исторического события на глубине 1400 метров под горным массивом в центральной части Италии был запущен самый чувствительный в мире детектор.

Напомним, что учёные подсчитали, что привычное для нас вещество, состоящее из атомов и молекул, занимает во Вселенной лишь малую долю, а более 85% приходится на загадочную тёмную материю. Тем не менее, до сих пор эту субстанцию удавалось наблюдать лишь косвенно, по её гравитационному воздействию, которое регулирует динамику космических объектов.

Ожидается, что тёмная материя состоит из стабильных элементарных частиц, которые до сих пор не были обнаружены. Самым вероятным кандидатом на эту роль считаются слабовзаимодействующие массивные частицы, или "вимпы", и именно их попытаются поймать физики в ходе нового эксперимента.

Детектор имеет криостат, содержащий 3,5 тонны жидкого ксенона, охлаждённого до минус 100 градусов по Цельсию. Чтобы свести к минимуму воздействие фоновой радиации, он окружён резервуаром с 700 тоннами очищенной воды. Прибор будет регистрировать крайне слабые вспышки света и изменения заряда, которые должны происходить каждый раз, когда вимпы, поступающие из центра Млечного Пути, будут сталкиваться с ядрами атомов ксенона. Для этого гигантский комплекс снабжён 248 сверхточными датчиками, способными обнаруживать даже единичные фотоны света. Ожидается, что этот инструмент будет в сорок раз чувствительнее, чем самый мощный на сегодняшний день детектор тёмной материи, установленный в США.

Учёные готовят детектор XENON1T к работе (фото XENON1T).

Сейчас учёные завершили установку и проводят первые испытания конструкции, а полноценный запуск устройства запланирован на конец марта. Как сообщается в пресс-релизе, сбор данных будет продолжаться две недели, и теоретически частицы тёмной материи могут быть обнаружены в любой момент после включения детектора.

"Для того чтобы увидеть редкие воздействия частиц темной материи, вы должны построить инструмент с большой массой и крайне низким радиоактивным фоном. В противном случае у вас не будет никаких шансов обнаружить необходимые события среди фонового шума, – поясняет один из участников проекта Лука Гранди (Luca Grandi) из Чикагского университета. – Мы проводим эксперимент глубоко под землёй, чтобы километровый слой каменной породы оградил прибор от космического излучения".

Команда XENON очень тщательно отбирала материалы, используемые в строительстве детектора, отслеживая, чтобы их изначальное заражение радиоактивными изотопами соответствовало требованиям эксперимента. Ведь ставка очень высока: если учёным удастся зарегистрировать вимпы, эта работа, бесспорно, войдёт в историю мировой науки. Даже если они получат лишь косвенные подтверждения таких взаимодействий, это станет хорошей основой для работ на следующем поколении детектора XENONnT, который будет создан на той же базе. А вот в случае полной неудачи могут возникнуть большие сомнения в том, что поиск тёмной материи ведётся в правильном направлении.

Сегодня