Большой подземный ксеноновый детектор (Large Underground Xenon) расположен на полуторакилометровой глубине в подземной лаборатории в местности Black Hills в Южной Дакоте. Этот один из самых чувствительных детекторов для улавливания признаков частиц загадочной темной материи, которой отводится около 80% Вселенной, работает всего три месяца. Детектор, надежно укрытый от космических лучей и фоновой радиации под землей, представляет собой титановый бак двухметровой высоты, заполненный 350 килограммами жидкого ксенона, охлажденного до -108о Цельсия. Гипотетические частицы темной материи, их называют слабовзаимодейстующими массивными частицами, или WIMPs, в случае ожидаемого столкновения с атомами ксенона станут причиной высвобождения электронов и свечения в среде. Электроны будут ускоряться в электрическом поле, что вызовет еще большее свечение при достижении ими тонкого поверхностного слоя газообразного ксенона наверху бака. Чрезвычайно чувствительные светодетекторы должны собирать сигналы излучения как в месте столкновения частиц с атомами ксенона, находящегося в жидком состоянии, так и в поверхностном слое, и энергия этого взаимодействия может быть рассчитана по интенсивности световых сигналов. Детекция сигналов в двух местах должна облегчить отделение излучения, вызванного столкновением с частицами темной материи, от свечения, порожденного возможной фоновой радиацией.
Проанализировав данные LUX за три месяца, физики не обнаружили никаких признаков его взаимодействия с темной материей. Однако поскольку этот эксперимент является наиболее чувствительным на сегодняшний день по отношению к массе WIMPs, детектор предоставил новую информацию о том, чем не является темная материя. LUX чувствительнее предшествующих ему детекторов частиц в 20 раз.
Ранее в этом году в другом американском эксперименте (CDMS) — также подземном — в заброшенном руднике Судан на севере Миннесоты были получены данные, указывающие на детекцию трех частиц темной материи с массами значительно более низкими, чем предсказывает теория. Однако статистическая значимость того эксперимента была ниже принятого стандарта (5σ) для открытия в физике частиц. Тогда часть ученых засомневалась в результатах эксперимента в подземной лаборатории Судан, а другие попытались объяснить эти данные путем создания новой теории о темной материи с введением понятия слабовзаимодействующих частиц с низкой массой. Если бы они существовали, то сейчас в эксперименте LUX должно было быть зарегистрировано 1600 событий, вызванных столкновением с частицами темной материи, отмечает Physics World. Эксперименты на ксеноновом детекторе будут продолжаться еще два года, но уже сейчас физики планируют следующий этап под названием LUX-ZEPLIN. В баке этого детектора будет в 20 раз больше жидкого ксенона, а чувствительность его при этом возрастет в 100 раз.
Препринт, описывающий полученные результаты, доступен на сайте arXiv.org.
Марина АСТРОВА
Нет комментариев