Владимир Моисеев – Краткая история астрономии. Том 11. Темная материя (страница 33)

               Имеются два варианта поиска: прямой и косвенный.

               При прямом экспериментальном поиске ТМ с помощью наземной аппаратуры изучаются следствия взаимодействия этих частиц с электронами или атомными ядрами в чувствительном объёме низкофонового ядерно-физического детектора. При рассеянии частицы тёмной материи, входящей в состав галактического гало, на частице обычного вещества (электроне или нуклоне) последняя получает определённую кинетическую энергию и может быть зарегистрирована обычными методами. Проблема заключается в чрезвычайной малости сечения взаимодействия частиц ТМ с обычными частицами. Дополнительная экспериментальная сигнатура, позволяющая подавить фон, но вносящая определённую модельную зависимость, основана на ожидаемом периодическом изменении скорости Земли (и детектора вместе с ней) относительно гало тёмной материи ввиду орбитального движения вокруг Солнца, что должно приводить к вариациям сигнала с годичной периодичностью и максимумом в начале июня. Вариант прямого поиска лёгких частиц ТМ (в частности, аксионов) заключается в детектировании их распада на фотоны в магнитном поле в высокодобротной резонансной полости (так называемом галоскопе).

               Подобные эксперименты требуют высокой точности и исключения помех от других источников сигнала, поэтому детекторы, как правило, располагаются под землёй.

               Косвенные методы детектирования основаны на попытках обнаружения потоков вторичных частиц (нейтрино, фотонов и т. п.), которые возникают, например, благодаря аннигиляции солнечной или галактической тёмной материи.

 Глава 11-11-3

Попытки. Справка

               В течение последних тридцати лет физики искали частицы темной материи огромным числом независимых способов.

               Во-первых, поисками занимаются огромные детекторы на благородных газах, которые просматривают сотни килограмм вещества в надежде заметить столкновение вимпов с одним из его атомов. В частности, к таким детекторам относятся установки XENON, CDMS, PandaX и DarkSide.

               Во-вторых, некоторые ученые предлагают немного видоизменить этот подход, заменив сжиженный газ массивом сверхпроводящих нанопроводов. Оба этих подхода отталкиваются от успеха нейтринных детекторов, имеющих схожую конструкцию.

               В-третьих, на «темные» частицы может указывать недостаток обычных частиц, которые рождаются в столкновениях высокоэнергетических протонов (например, на Большом адронном коллайдере).

               В-четвертых, в последнее время разрабатывают детекторы, которые могут «почувствовать» легкие частицы темной материи — например, детекторы ADMX и ABRACADABRA. Наконец, некоторые ученые предлагают искать частицы темной материи по косвенным признакам — по разогреву нейтронных звезд или аннигиляции. Как бы то ни было, ни один из этих способов не дал положительного результата.

               В ноябре 2017 года физики из Университета Брауна предложили искать легкие частицы темной материи с помощью квантового испарения жидкого гелия. В каком-то смысле этот подход аналогичен «туманной», «снежковой» и пузырьковой камере, которые основаны на фазовых переходах метастабильного вещества.

Глава 11-11-4

 

               Эксперимент ADMX (Axion Dark Matter Experiment) располагается в Центре Экспериментальной Ядерной Физики и Астрофизики (CENPA) в университете штата Вашингтон. Главная задача его – поиск холодной темной материи по методу, использующему большой свехпроводящий соленоид. Магнитное поле, создаваемое им, однородное и составляет 7,6 Тл. Согласно теории, аксионы в таких условиях должны превращаться в низкоэнергетичные фотоны.

  

              

 

Глава 11-11-6

CDMS

               CDMS (англ. Cryogenic Dark Matter Search — Криогенный поиск тёмной материи) — серия экспериментов, разработанных для непосредственного детектирования частиц тёмной материи в форме вимпов. Используя матрицу полупроводниковых детекторов, находящихся при температуре около 0,01 К, CDMS является наиболее чувствительным экспериментом по получению данных о взаимодействии вимпов с земным веществом. Первый эксперимент CDMS-1 проводился в туннеле под кампусом Стэнфордского университета. Текущий эксперимент CDMS-2 проводится глубоко под землёй в Миннесоте.

               За период с 2007 по 2008 годы в рамках экспериментов удалось зарегистрировать два события, которые можно расценить как случаи регистрации вимп-частиц. При этом прогнозируемая вероятность регистрации подобных событий была оценена в пять событий за два года.

 

Глава 11-11-7

В Канаде начали строить самый точный детектор темной материи

Май 2018

               В канадской подземной физической лаборатории SNOLAB началось сооружение установки SuperCDMS, предназначенной для поиска массивных частиц темной материи. С помощью нового детектора можно будет искать частицы в недоступном ранее диапазоне от одного до десяти масс протона, а точность SuperCDMS в 50 раз превысит точность предыдущей версии, что делает его одним из самых чувствительных детекторов по поиску темной материи. О начале постройки детектора сообщает пресс-релиз Национальной ускорительной лаборатории SLAC, одного из партнеров проекта.

               Напрямую подтвердить существование частиц темной материи ученые до сих пор не смогли. Правда, в 2010 году группа CDMS сообщала о регистрации одной частицы темной материи, однако статистическая значимость этого измерения была невысока, и в дальнейшем оно не подтвердилось.

               Ученые не теряют надежды и продолжают совершенствовать экспериментальные установки, призванные регистрировать частицы темной материи. В частности, о постройке нового детектора сообщает группа CDMS. Предыдущая версия разработанной ими установки состояла из 30 полупроводниковых кремний-германиевых детекторов размером с хоккейную шайбу, охлажденных до температуры около 0,6 кельвинов, и находилась на глубине чуть менее четырехсот метров в подземной шахте Судан в национальном парке Минессоты, чтобы снизить фоновый сигнал от нейтрино и космических частиц.