Шепіт темряви. Детектор сибірських вчених вловив незвичайні сигнали

34

Згадкою темної матерії нині нікого не здивуєш: дослідження космосу зафіксували, що в загальній масі всесвіту це загадкове речовина, що виявляється тільки в гравітаційному взаємодії, становить приблизно 25%, тоді як звичайна, що складається з баріонів матерія – всього 5%. Решта-темна енергія, якась теоретична величина, що описує постійне розширення всесвіту.

Для фізиків темна матерія – одна з головних загадок. Оскільки вона недоступна прямому спостереженню, вчені припускають, що темна матерія може складатися з поки невідомих елементарних частинок, взаємодії яких з частинками відомими надзвичайно слабкі. Реєстрація таких сигналів вимагає особливих умов проведення експериментів: потрібно місце, повністю захищене від космічного випромінювання. Таких у світі небагато. Одне з найвідоміших – італійська лабораторія в печері під горою гран-сассо, де більше 10 років ведеться набір даних за допомогою детектора darkside-50. З 2015 року в міжнародній колаборації бере участь об’єднана група дослідників з інституту ядерної фізики со ран і новосибірського державного університету.

В експериментах з прямого пошуку темної матерії використовуються спеціальні детектори на основі благородних газів – аргону і ксенону. Це криогенні двофазні детектори, де рідина служить мішенню для частинок темної матерії. При взаємодії з мішенню ці частинки викликають фізичні процеси, що призводять до світла і іонізації. Іонізуюче випромінювання реєструється у вигляді електролюмінесцентного сигналу. На прототипі двофазного детектора на основі рідкого аргону в іяф со ран вчені зафіксували в такому сигналі незвичайні повільні компоненти, з посиленням електричного поля їх число зростало.

» що це за ефект, ніхто не знає, – зазначив головний науковий співробітник іяф со ран, доктор фізико-математичних наук олексій бузулуцков. — в експериментах darkside при низьких енергіях також спостерігаються дивні, поки незрозумілі ефекти. Вони виникають не тільки в аргонових, але і в ксенонових детекторах і залежать від електричного поля. Можливо, це результат затримок електронів іонізації на метастабільних станах атомів при реєстрації частинок».

Сьогодні фізики намагаються з’ясувати природу незвичайних повільних компонент і описати її, побудувавши теоретичну модель. Для цього необхідно провести ще кілька експериментів. Потім явище передбачається включити в теоретичну модель експерименту.

В експерименті разом з італійським національним інститутом ядерної фізики (infn) беруть участь дослідницькі організації з бразилії, іспанії, італії, китаю, польщі, сша, франції та росії. Прототип двофазного детектора виготовлений в іяф спеціально для цього проекту. Обсяг камери становить 10 літрів, а стандартний детектор з пошуку темної матерії розрахований на 100 літрів. Завдяки порівняно малим габаритам новосибірського детектора можна швидко змінювати його конфігурацію. Це дозволяє фізикам оперативно підлаштовуватися під завдання експерименту і проводити дослідження на світовому рівні.

» сьогодні в світі налічується більше десятка експериментів по прямій реєстрації частинок темної матерії, — додав бузулуцков. — майбутнє в цьому напрямку науки — за двофазними детекторами, зокрема, аргоновими. Зараз в італії будується фабрика з виробництва збідненого аргону, очищеного від радіоактивних домішок, і реалізується проект darkside-20k. Це детектор, в якому використовуються 20 тонн рідкого аргону в активній області. До кінця поточного десятиліття планується збільшити цей обсяг до 400 тонн. Швидше за все, всі детектори з пошуку темної матерії об’єднаються в одну глобальну колаборацію. І ми в її складі продовжимо розвивати свій сегмент».