Учёные из Колледжа науки и инженерии Университета Миннесоты достигли важного этапа в эксперименте Super Cryogenic Dark Matter Search (SuperCDMS). Этот эксперимент, расположенный под землёй в лаборатории нейтрино SNOLAB в Канаде, самой глубокой подземной лаборатории в мире (2 км.), предназначен для обнаружения тёмной материи. Команда SuperCDMS объявила, что успешно охладила эксперимент до рабочей температуры, которая ниже температуры космического пространства.
Тёмная материя, впервые описанная в 1970-х годах известным астрономом Верой Рубин, составляет, согласно теории, 85% массы известной Вселенной. Несмотря на 60 лет исследований, учёным пока что не удалось найти эмпирические доказательства существования этой материи или определить её состав. Наиболее распространённая теория предполагает, что она состоит из крупных частиц, взаимодействующих с «обычной», барионной материей, через гравитацию, что известно как модель холодной тёмной материи (Cold Dark Matter, CDM).
Эксперимент SuperCDMS предназначен для обнаружения частиц тёмной материи, уже проходящих через Землю. Он состоит из цилиндрического корпуса высотой и диаметром около четырёх метров, сделанного из слоёв ультрачистого свинца. Это экранирование защищает детекторы внутри от радиации, включая нейтроны и гамма-лучи, создаваемые высокоэнергетическими космическими лучами, проходящими через атмосферу. Достижение базовой температуры, которая составляет 1/1000 градуса выше абсолютного нуля (-273,15 °C), является важным переходным этапом для SuperCDMS.
Присцилла Кушман, профессор Школы физики и астрономии Университета Миннесоты и представитель SuperCDMS, заявила в пресс-релизе: «Достижение базовой рабочей температуры — это важная веха в многолетней кампании по созданию низкофоновой установки, способной разместить наши чувствительные криогенные твердотельные детекторы. При этих экстремально низких температурах наши детекторы теперь могут сканировать новый диапазон параметров, где могут скрываться самые лёгкие частицы тёмной материи».
Помимо проектирования и сборки низкофонового экрана, защищающего детекторы, в Университете Миннесоты разработали алгоритмы машинного обучения и методы анализа. Они будут использоваться для быстрого извлечения сигналов тёмной материи из данных, когда эксперимент станет полностью рабочим через несколько месяцев. После достижения базовой температуры начнётся процесс ввода детекторов в эксплуатацию, включающий включение, калибровку и оптимизацию.
Кроме тёмной материи, SuperCDMS позволит учёным изучать редкие изотопы, исследовать взаимосвязи на уровне электрон-вольт и, возможно, открывать новые типы взаимодействий частиц.