|
Решающее препятствие для поиска темной материи
|
|
|
|
Попытка Австралии обнаружить неуловимую темную материю сделала важный шаг вперед: новое исследование подтвердило, что уровни космического излучения глубоко внутри подземной физической лаборатории Стауэлла (SUPL) достаточно низки для проведения эксперимента мирового уровня, который начнется позже в этом году.
|
|
|
|
Исследователи Центра передового опыта ARC в области физики элементарных частиц темной материи регистрировали уровни мюонного или космического излучения внутри и за пределами лаборатории более года. Они обнаружили 30 000 мюонов внутри подземной лаборатории, в то время как ожидалось, что на поверхности Земли будет обнаружено 8,4 миллиарда мюонов.
|
|
|
|
Совместная работа SABRE, опубликованная в журнале Astroparticle Physics, является первой, в которой используются данные, собранные в SUPL, что является крупным достижением австралийских и международных ученых, участвующих в проекте.
|
|
|
|
SUPL был построен на золотом руднике Стауэлл в 2022 году для проведения эксперимента SABRE South по изучению темной материи и других исследований, требующих глубоких подземных условий. Это первый объект такого рода в Южном полушарии, который позволяет Австралии занять прочное положение на мировой арене как научному центру.
|
|
|
|
Эксперимент SABRE South отражает аналогичный эксперимент, проведенный в Италии под названием DAMA/LIBRA, в ходе которого были обнаружены сигналы, которые, по мнению ученых, могут быть связаны с темной материей. Повторив это в Южном полушарии, ученые могут учесть сезонные колебания и проверить, были ли сигналы, обнаруженные в Италии, связаны с темной материей.
|
|
|
|
|
|
|
Среда с низким уровнем радиации в сочетании со сверхчистыми кристаллами, помещенными в 12 000 литров жидкого сцинтиллятора и защищенными специально сконструированным резервуаром и стальным экраном весом около 120 метрических тонн, создают практически идеальные условия, необходимые для обнаружения невероятно неуловимых частиц темной материи.
|
|
|
|
Количество мюонов, обнаруженных в SUPL, соответствовало показателям ведущих подземных лабораторий мира, включая лабораторию Боулби в Великобритании и национальную лабораторию Гран-Сассо в Италии.
|
|
|
|
Руководитель проекта, профессор Мельбурнского университета Филлип Уркихо (Phillip Urquijo), сказал, что исследование стало важной вехой. "В течение года мы измеряли количество мюонов, образующихся в атмосфере в результате взаимодействия космических лучей", - сказал профессор Уркихо. "Мы провели высокодетализированное моделирование ожидаемой скорости распространения мюонов, используя подробные карты туннельных сооружений золоторудного рудника Стауэлл и знания о структуре горных пород в Стауэлле.
|
|
|
|
"Измерения и моделирование находятся в отличном согласии, показывая, что у нас есть полное представление о том, сколько космического фонового излучения мы ожидаем в наших будущих поисках темной материи.
|
|
|
|
"Это дает нам глубокое понимание потенциального фона, создаваемого мюонами космических лучей, при поиске темной материи в SUPL, особенно с помощью SABRE South".
|
|
|
|
Научный сотрудник Технологического университета Суинберна, доктор Федерико Скутти (Federico Scutti), сказал, что результаты подтвердили как подземный объект, так и технологию детектора, продемонстрировав, что система мюонного вето — ключевой компонент эксперимента, предназначенный для маркировки и отклонения событий, связанных с мюонами, - работает так, как ожидалось.
|
|
|
|
Доктор Скатти сказал, что следующие шаги позволят получить дополнительную информацию об окружающей среде в подземной лаборатории. "Во-первых, мы проведем более детальные исследования мюонов, в том числе о том, как меняется их скорость в зависимости от направления и времени. Это еще больше улучшит наше понимание подземной среды.
|
|
|
|
"Во-вторых, мы будем интегрировать эти знания непосредственно в работу SABRE South по мере продвижения к полномасштабному сбору данных. Это включает в себя использование системы вето muon для активного отклонения фоновых событий в режиме реального времени.
|
|
|
|
"В конечном счете, эта работа помогает проложить путь к высокочувствительным исследованиям темной материи в подземной физической лаборатории Ставелла".
|
|
|
|
Главный операционный директор SUPL Ким Минтерн-Лейн (Kim Mintern-Lane) сказала, что исследование стало важной вехой для предприятия. "Эта работа демонстрирует, что SUPL не только работает, но и готова к научной работе", - сказала Минтерн-Лейн. "Достижение результатов, соответствующих результатам ведущих подземных лабораторий мира, является важной вехой для Австралии и важным шагом в создании SUPL в рамках глобальных усилий по пониманию темной материи и проведению других сверхчувствительных исследований".
|
|
|
|
В исследовании приняли участие ученые из Австралийского национального университета, Мельбурнского университета, Технологического университета Суинберна, Университета Аделаиды и Сиднейского университета, а анализ мюонных данных был выполнен кандидатом философии Мельбурнского университета Гуанген Фу.
|
|
|
|
Эксперимент SABRE - это эксперимент по прямому обнаружению темной материи, в котором используется детектор, состоящий из большого стального сосуда, заключающего в себе семь сверхчистых кристаллов йодида натрия, погруженных в жидкий сцинтиллятор. Он будет искать WIMP (слабо взаимодействующие массивные частицы), один из типов потенциальных частиц темной материи.
|
|
|
|
Эксперименты DAMA/NaI и DAMA/LIBRA проводятся в Национальной лаборатории Гран-Сассо (LNGS) в Италии. Он собирал данные о том, что может быть темной материей, в течение почти 30 лет.
|
|
|
|
Детектор SABRE South, первый в своем роде в Южном полушарии и первый в стране крупный эксперимент по изучению темной материи, будет расположен в СУПЛЕ.
|
|
|
|
Расположение SABRE South в Южном полушарии позволяет исследователям не учитывать влияние сезонной модуляции на потенциальные сигналы темной материи, чтобы подтвердить или опровергнуть результаты наблюдений DAMA/NaI и DAMA/LIBRA.
|
|
|
|
Эксперимент SABRE South по изучению темной материи начнет собирать данные в подземной лаборатории в 2026 году.
|
|
|
|
Источник
|
