Високоточна рекалибровка датчика LUX дозволить виявити невловиму темну матерію в найближчому майбутньому
Процедура нової високоточної калібрування, проведена по відношенню до датчика LUX (Large Underground Xenon), призначенням якого є детектування частинок невловимою темної матерії, послужила підтвердження високої чутливості цього датчика до реєстрації низькоенергетичних подій. Це, в свою чергу, є надійним доказом того, що в ході першого експерименту з використанням датчика LUX, який був проведений влітку минулого року, ні однієї частинки темної матерії так і не було зареєстровано.
Наприкінці минулого року вчені, що працюють в рамках експерименту LUX, опублікували перші результати своїх досліджень. Незважаючи на високу чутливість датчика, він за 90 днів спостережень так і не зареєстрував жодного події, пов'язаного із взаємодією частинок темної матері різних типів з частинками звичайної матерії, хоча експерименти, проведені за допомогою інших подібних датчиків, виявляли підпису слідів взаємодії WIMP-частинок з частинками газового наповнювача.
"Нова процедура калібрування дозволила збільшити точність датчика мінімум в 10 разів", - розповідає Рік Гэйтскелл (Rick Gaitskell), вчений-фізик, який задіяний у проекті LUX, - "З одного боку це демонструє достовірність того, що всі зібрані нами раніше дані є абсолютно вірними, а з іншого боку, це дозволяє сподіватися на виявлення темної матерії в найближчому майбутньому, в ході таких експериментів".
Нагадаємо нашим читачам, що на частку темної матерії, як вважають вчені, припадає близько 84 відсотків від усієї матерії Всесвіту. Хоча поки ще не було виявлено ні самої темної матерії, ні слідів її існування, вчені твердо впевнені в її існуванні. Без гравітаційного впливу темної матерії деякі галактики, групи галактик і інші масивні астрономічні об'єкти просто не змогли б існувати, вони розлетілися б в навколишньому космічному просторі. Поки ще неясно, що саме представляє з себе темна матерії, але основна гіпотеза полягає в тому, що вона складається з субатомних частинок, званих WIMP-частинками (weakly interacting massive particles), масивних частинок, які слабо взаємодіють з звичайною матерією і які практично безперешкодно проходять через будь-яку звичайну матерію.
Датчик LUX та інші подібні датчики розроблені для реєстрації дуже рідкісних випадків взаємодії WIMP-частинок з частинками звичайної матерії. Датчик являє собою резервуар, в якому знаходиться близько третини тонни рідкого ксенону, охолодженого до наднизької температури. На стінах резервуара встановлена маса світлочутливих датчиків, здатних детектувати поодинокі фотони світла, які виникають у результаті зіткнення WIMP-частинки з ядром атома ксенону. Датчик знаходиться на глибині понад півтора кілометрів, а товщі гірських порід захищають його від космічних променів та іншого радіації, які можуть спотворити сигнали частинок темної матерії.
Для проведення процедур калібрування таких датчиків вчені використовують нейтрони. Результат взаємодії нейтрона з ядром ксенону, на думку вчених, дуже близький до результату взаємодії з цим же ядром WIMP-частинки. Тонкість проведеної рекалибровки датчика полягає в тому, що вся процедура була проведена на датчику LUX безпосередньо, в той час як всі попередні калібрування проводилися в окремих випробувальних камерах, що обумовлювало виникнення деякої погрішності.
Пізніше в цьому році вчені збираються за допомогою рекалиброванного датчика LUX провести розширені пошуки частинок темної матерії. У цьому пошуку, який буде тривати близько року часу, буде використовуватися не тільки висока чутливість датчика, вчені будуть використовувати різні методи пошуку, які відповідають різним формам темної матерії, відповідним різним існуючим теоріям, і знаходяться за рамками Стандартної Моделі фізики елементарних частинок.