DarkSide-50 - новий експеримент щодо пошуків частинок невловимою темної матерії
Бозон Хіггса, темна енергія і темна матерія є одними з безлічі речей у Всесвіті, на існування яких вказують різні непрямі фактори, але які дуже важко виявити практично. І зараз міжнародна група вчених збирається перевірити факт існування темної матерії, одного з самих невловимих компонентів, на частку якого припадає трохи більше 84 відсотків від усієї матерії Всесвіту, а робитися це буде за допомогою високочутливого датчика експерименту DarkSide-50, який розташовується в надрах гори Gran Sasso в Італії.
Проект DarkSide-50 є міжнародним проектом, який реалізується за участю італійських, французьких, польських, українських, російських, китайських наукових установ і 17 американських університетів. Співробітники робочої групи вже майже закінчили монтаж обладнання датчика DarkSide-50 в надрах гори Gran Sasso, доступ до якого здійснюється з 9.6-кілометрового автомобільного тунелю, що проходить через цю гору.
Основний детектор датчика DarkSide-50 містить 38 літрів чистого рідкого аргону, який охолоджений до температури -186 градусів за шкалою Цельсія. В активній частині датчика, що має тефлонове покриття, міститься 50 кг аргону, і це значення дає цифру 50 в назві експерименту. Вершину і підстава датчика покривають ряди високочутливих фотодатчиків, а за допомогою мідних котушок створюється магнітне поле, яке дозволить детектувати вільні електрони і визначити точне просторове розташування місця зіткнення частинки темної матерії з часткою звичайної матерії.
Члени дослідницької групи експерименту DarkSide-50, також як безліч вчених з різних країн світу, вважають, що головним кандидатом на звання темної матерії є WIMP-частинки (weakly interacting massive particle). Ці частинки, незважаючи на їх відносно велику масу, практично не взаємодіють зі звичайною матерією, точніше, взаємодіють вкрай рідко, і саме на виявлення такого рідкісного випадку, як зіткнення WIMP-частинки з ядром атома аргону націлилися вчені.
Зіткнення WIMP-частинки з ядром аргону буде супроводжуватися короткою і слабкою спалахом світла, який буде вловлювати високочутливими фотодатчиками. Вимірювання параметрів фотонів світла дозволить вченим відокремити справжні сутички WIMP-частинок з атомами від другорядних подій. Більш того, для додаткової фільтрації другорядних подій датчик DarkSide-50 укладено в сталеву сферу, заповнену 26500 літрами спеціальної сцинтиллирующей рідини, а сама сфера встановлена на палях в центрі великого циліндричного блоку, заповненого 946 тисячами літрами надчистої води. Цей набір перешкод дозволить дослідникам захистити датчик від нейтронів і мюонів космічних променів і від інших видів випромінювання, джерелом яких є навіть будівельні матеріали, використані при створенні підземної лабораторії.
Процес заповнення ємностей датчика DarkSide-50 був закінчений влітку 2013 року. Тести та перевірки всіх систем експерименту були зроблені протягом осені 2013 року, після чого члени наукової групи приступили до безпосереднього збору даних. А пізніше в цьому році вчені планують збільшити чутливість датчика DarkSide-50, здійснивши заміну аргону, отриманого з повітря, більш чистим аргоном, здобутим у підземному родовищі в Колорадо.
В даний час датчик експерименту DarkSide-50 є одним з декількох десятків датчиків, розкиданих по всьому світу, за допомогою яких ведеться полювання на темну матерію. Така кількість експериментів обов'язково має перерости в якість, що дозволяє вченим сподіватися на те, що невловимі частинки темної матерії будуть виявлені в найближчому десятилітті. А вчені експерименту DarkSide-50 вже почали виношувати плани його розширення, новий датчик буде містити не 50 кілограм, і відразу 3 тонни рідкого аргону, що дозволить збільшити в кілька разів ймовірність виявлення WIMP-частинок з атомами аргону.