Ученые Института ядерной физики СО РАН разработали метод, позволяющий упростить и повысить эффективность детекторов темной материи. Исследователи изучили влияние темной материи на взаимодействие электронов с нейтральными атомами в детектирующих устройствах. Результаты работы опубликованы в авторитетном журнале Astroparticle Physics.
Ключевой вывод: без учета выявленного эффекта эксперименты по обнаружению темной материи могут давать некорректные результаты. Разработанные методики уже нашли применение в международных проектах, таких как коллаборация Dark Side.
Темная материя: фундамент космоса
Долгое время астрономы полагали, что Вселенная состоит исключительно из видимой материи, формирующей звезды, черные дыры, туманности и планеты. Однако наблюдения за движением звезд в периферийных зонах галактик показали аномально высокие скорости, в десятки раз превышающие расчетные значения.
Объяснением этому феномену стала гипотеза о темной материи — загадочной субстанции, составляющей до 75% массы Вселенной. Именно она, превосходя видимую материю в 8-10 раз, удерживает галактики от распада.
Хотя существование темной материи не вызывает сомнений, ее природа остается предметом дискуссий. Одной из ведущих теорий является предположение о сверхтяжелых частицах (вимпах), проявляющих себя только через гравитационное воздействие.
Аргоновый прорыв
Для поиска вимпов создаются гигантские подземные детекторы, заполненные очищенным ксеноном. Предполагалось, что при взаимодействии с ядрами ксенона вимпы будут вызывать вспышки света. Несмотря на появление десятка таких установок за последние 20 лет, ни одна не зарегистрировала искомых частиц.
Альтернативу предложили исследователи ИЯФ СО РАН, разработавшие детектор на основе аргона. В этом приборе, как и в ксеноновых аналогах, фиксируются световые вспышки от столкновений атомов с вимпами.
Ранее считалось, что сигналы возникают из-за взаимодействия электронов (выбитых темной материей) с ионами, что порождает сложноуловимое ультрафиолетовое излучение. Чтобы перевести его в удобный для регистрации видимый или инфракрасный диапазон, в аргон добавляли примеси или проводили глубокую очистку.
Неожиданным открытием стало обнаружение видимого тормозного излучения, самопроизвольно генерируемого детектором. Тщательный анализ показал, что этот свет производится нейтральными атомами — явление, не предсказанное теорией и не изучавшееся три десятилетия.
Этот забытый эффект позволил значительно упростить и удешевить конструкцию детектора. "Обнаруженный механизм открывает новые перспективы в создании доступных и эффективных установок для поиска темной материи", — отмечают в научной группе.
Изображение: Фотобанк Freepik
Источник: scientificrussia.ru