В бывшем золотом руднике в подземном исследовательском центре Сэнфорда (Южная Дакота) заработал детектор тёмной материи. В рамках проекта Lux-Zeplin учёные будут искать признаки существования материи внутри титанового резервуара, наполненного сжиженным ксеноном.
Сердце детектора темной материи состоит из двух вложенных друг в друга титановых резервуаров, заполненных десятью тоннами очень чистого жидкого ксенона и просматриваемых двумя наборами фотоумножителей (ФЭУ), способных обнаруживать слабые источники света.
Резервуар расположен на глубине 1,6 км. Идея проекта состоит в том, что в таких условиях титан заблокирует практически все космические частицы, которые достигают Земли. Однако учёные предполагают, что частицы тёмной материи в теории могут просочиться в резервуар. Они надеются, что такая частица может врезаться в ядро ксенона, обнаружив своё существование во вспышке, которую распознает устройство, называемое «камерой проекции времени».
На организацию проекта потратили пять лет и $60 млн. Первые наблюдения начались два месяца назад после задержки, вызванной пандемией. Пока детектор не обнаружил признаков присутствия тёмной материи. Однако учёные говорят, что пока устройство работает, чтобы отфильтровать большую часть фонового излучения. «Чтобы найти этот очень редкий тип взаимодействия, задача номер один — сначала избавиться от всех обычных источников излучения, которые могут помешать эксперименту», — сказал физик из Мэрилендского университета Картер Холл.
Если все расчеты и теории физиков верны, то они рассчитывают увидеть лишь пару мимолетных проявлений тёмной материи в год. По оценкам команды из 250 ученых, они получат в 20 раз больше данных в течение следующих нескольких лет.
К моменту завершения эксперимента вероятность обнаружения тёмной материи с помощью этого устройства «вероятно, составляет менее 50%, но более 10%», сказал Хью Липпинкотт, физик и участник эксперимента.
Учёные спускаются к резервуару по двум подъемникам времён Великой депрессии, которые управляют лифтом. После 10-минутного спуска они проходят туннель со стенами, обшитыми сеткой. Затем физики переодеваются в стерильную одежду и проходят к резервуару.
Ведущий инженер Джефф Червинка описал его как «термос», сделанный из «возможно, самого чистого титана в мире», предназначенный для охлаждения жидкого ксенона и минимизации фонового излучения.
Координатор эксперимента по физике Аарон Маналейсей объясняет выбор ксенона тем, что он позволяет исследователям видеть, происходит ли столкновение с одним из его электронов или с ядром.
В Италии параллельно работает аналогичный проект XENON. Учёные уже более 15 лет ищут признаки тёмной материи в подземной лаборатории Гран Сассо при помощи резервуара с жидким ксеноном. В сентябре 2021 года стало известно, что учёные из Кембриджского университета получили неожиданное превышение над ожидаемым фоном. Часто такие сигналы оказываются случайными, но иногда могут привести к фундаментальным открытиям. Учёные смоделировали, что было бы, если бы этот сигнал можно было отнести не к тёмной материи, которую искали в эксперименте, а к тёмной энергии.
Ещё 15 лет назад в рамках эксперимента DAMA/LIBRA (поиски тёмной материи при помощи детектора на иодиде калия с добавлением таллия) в глубине горы Гран-Сассо-д’Италия в центральной Италии выявили небольшие флуктуации в количестве столкновений за год. Группа учёных заявляла, что обнаружила частицу тёмной материи в виде лёгкой WIMP массой около 10 ГэВ.
