Новый эксперимент под названием QROCODILE, который возглавляют Цюрихский университет и Еврейский университет в Иерусалиме, достиг рекордной чувствительности в поисках легкой темной материи. С помощью сверхпроводящих детекторов, охлажденных до почти абсолютного нуля, команда установила мировой рекорд по ограничениям взаимодействия темной материи с обычной. Научная статья вышла в Physical Review Letters.
Темная материя, ускользающая субстанция, составляющая около 85% массы Вселенной, остается одной из величайших тайн физики. Невидимая и неуловимая обычными средствами, она не излучает и не поглощает свет, оставляя ученых только с косвенными доказательствами ее существования. Десятилетиями исследователи безуспешно пытались поймать хотя бы одну из этих ускользающих частиц.
Теперь международное сотрудничество представило многообещающие результаты нового эксперимента под названием QROCODILE (Криогенный обсерваторий оптимизированного квантового разрешения для инцидентов темной материи на низких энергиях). Проект продемонстрировал новый путь в поисках «легких» частиц темной материи. (Пока до конца даже не понятно, нужно ли искать темную материю среди легких или тяжелых частиц. Однако сейчас большая часть ученых склоняется в пользу первой версии.)
В центре эксперимента QROCODILE находится передовой сверхпроводящий детектор, способный измерять невероятно слабые энергетические выбросы — вплоть до 0,11 электрон-вольт, что в миллионы раз меньше энергий, обычно регистрируемых в экспериментах по физике элементарных частиц. Эта чувствительность открывает совершенно новые горизонты: тестирование существования крайне легких частиц темной материи, с массой, в тысячи раз меньшей, чем те, которые изучались в предыдущих экспериментах.
В ходе научного эксперимента, длившегося более 400 часов при температурах, близких к абсолютному нулю, команда зарегистрировала небольшое количество необъяснимых сигналов.
Хотя эти события пока не могут быть подтверждены как проявление темной материи — они могут быть вызваны космическими лучами или естественным фоновым излучением, — уже позволяют установить новые пределы взаимодействия легких частиц темной материи с электронами и атомными ядрами. (То есть уточнить, на каких уровнях энергии этого ТОЧНО НЕ происходит, что еще немного сужает круг поисков.)
Дополнительное преимущество эксперимента заключается в его возможности обнаруживать направление входящих сигналов. Поскольку Земля движется через галактическое гало, ожидается, что частицы темной материи будут чаще прибывать с одного направления. Будущие обновления могут позволить ученым различать истинные сигналы темной материи и случайный фоновый шум, что является ключевым шагом к окончательному открытию.
Профессор Йонит Хохберг из Института физики Ракаха при Еврейском университете, один из ведущих ученых проекта, объясняет: «Впервые мы установили новые ограничения на существование особенно легкой темной материи. Это важный первый шаг к более крупным экспериментам, которые в конечном итоге могут достичь давно ожидаемого прямого обнаружения».
Следующий этап проекта, NILE QROCODILE, еще больше повысит чувствительность детектора и переместит эксперимент под землю для защиты от космических лучей.
Сигналы из ядра Млечного Пути намекают на свойства темной материи
Ученые установили новый мировой рекорд в поиске темной материи
Холодная или теплая: анализ 41 млн галактик проливает свет на свойства темной материи
Физики нашли способ открыть опровергнутую было сверхлегкую темную материю
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram