Установлены первые экспериментальные ограничения на параметры лёгких частиц тёмной материи

<< К списку новостей  |  Показать новости:   2011, Январь 2011, Февраль 2011, Март 2011, Апрель 2011, Май 2011, Июнь 2011, Июль 2011, Август 2011, Сентябрь 2011, Октябрь 2011, Ноябрь 2011, Декабрь 2012, Январь 2012, Февраль 2012, Март 2012, Апрель 2012, Май 2012, Июнь 2012, Июль 2012, Август 2012, Сентябрь 2012, Октябрь 2012, Ноябрь 2012, Декабрь 2013, Январь 2013, Февраль 2013, Март 2013, Апрель 2013, Май 2013, Июнь 2013, Июль 2013, Август 2013, Сентябрь 2013, Октябрь 2013, Ноябрь 2013, Декабрь 2017, Ноябрь 2018, Май 2018, Июнь 2019, Апрель 2019, Май 2020, Апрель 2020, Август 2021, Март 2021, Май

Опубликовано: 29 Июня 2012

Сотрудники коллаборации XENON установили ограничения на возможные параметры лёгких частиц тёмной материи (ТМ).

Авторы большинства экспериментов, направленных на прямое обнаружение ТМ, пытаются выделить сигнал от вимпов — слабовзаимодействующих массивных (1–1 000 ГэВ) частиц. Вимпы с такими массами без проблем встраиваются в теорию (их реликтовая распространённость, скажем, естественным образом совпадает с той, которая требуется для тёмной материи), а их рассеяние на ядрах должно давать вполне заметный эффект.

К сожалению, результаты опытов оказываются неубедительными, а иногда и вовсе отрицательными. Это стимулирует разработку новых моделей ТМ, образованной более лёгкими частицами с массой менее одного гигаэлектронвольта. Как недавно показали теоретики, эти лёгкие частицы могут регистрироваться детектором при рассеянии не на ядрах, а на электронах: рассеяние вызовет ионизацию и возбуждение атомов мишени, что, в свою очередь, приведёт к появлению одноэлектронных импульсов. Если исходные ионизационные электроны или фотоны, испускаемые при снятии возбуждения, будут участвовать в дальнейшей ионизации, появятся и сигналы от нескольких электронов.

В проекте XENON роль мишени играет, как нетрудно догадаться, жидкий ксенон. Гипотетические взаимодействия частиц ТМ в объёме детектора ведут к образованию ионов Xe+, возбуждённых атомов Xe* и электронов. Часть последних избегает рекомбинации и уносится от места взаимодействия электрическим полем, попадая в расположенный рядом газообразный ксенон, где создаёт сцинтилляционные фотоны, которые затем обнаруживаются массивом фотоэлектронных умножителей. Для подавления фона экспериментаторы используют пассивную защиту из высокочистой меди, полиэтилена, свинца и воды; кроме того, вся установка, размещённая в подземной итальянской Национальной лаборатории Гран-Сассо, защищена мощным слоем горных пород.

Первый, проверочный этап проекта, названный XENON10, уже завершился. Сейчас масса жидкого ксенона, задействованного в измерениях, существенно увеличена, а эксперимент переименован в XENON100.

Вообще говоря, XENON10 и XENON100 изначально тоже ориентировались на рассеяние тяжёлых вимпов на ядрах. Не обнаружив следов этого процесса, учёные вспомнили о том, что детектор позволяет выделять одно-, двух- и трёхэлектронные события, свидетельствующие о рассеянии на электронах, и задумались об использовании полученной информации для поиска более лёгких частиц.

В своей новой работе участники XENON тщательно смоделировали процесс взаимодействия лёгких частиц ТМ с веществом мишени и оценили вероятность их обнаружения. Сравнив результаты расчётов с довольно старыми опытными данными XENON10, собранными в 2006-м, они выяснили, что сечение рассеяния на электронах для частиц с массой от 20 МэВ до 1 ГэВ не должно (на уровне доверительной вероятности в 90%) превышать 10–37 см². Самые строгие ограничения установлены для массы в 100 МэВ, где сечение не должно превосходить 3•10–38 см².

В скором времени эти первые экспериментальные оценки сечения взаимодействия, разумеется, будут снижены: остаётся лишь дождаться обработки данных XENON100, CDMS и LUX — экспериментов с более крупными мишенями.

Источник:"Компьютерра–Онлайн"