|
Новый детектор сужает круг поиска темной материи
|
|
|
|
Используя детектор, заполненный почти 9 метрическими тоннами жидкого ксенона, исследователи получили одни из самых чувствительных результатов по обнаружению темной материи, когда-либо зарегистрированных. В последнем анализе, проведенном коллаборацией XENON в Национальной лаборатории Гран-Сассо в Италии, исследователи провели «слепой» тест, чтобы избежать искажений в измерениях детектора XENONnT, что позволило повысить чувствительность эксперимента до беспрецедентного уровня. Их результаты были опубликованы в журнале Physical Review Letters и теперь могут сузить круг поиска нескольких ведущих кандидатов на роль источника истинной природы темной материи.
|
|
|
|
В течение десятилетий физики сосредотачивали свои поиски темной материи на WIMP-частицах: тяжелых гипотетических частицах, которые, как ожидается, иногда сталкиваются с атомным ядром. Однако до сих пор эти поиски не принесли результатов, переключив внимание исследователей на более легкие и неуловимые кандидаты, такие как аксионоподобные частицы и темные фотоны.
|
|
|
|
Детектор XENONnT, скрытый под Доломитовыми горами в Италии, создан для обнаружения взаимодействий темной материи, происходящих внутри резервуара, содержащего 5,9 метрических тонн жидкого ксенона.
|
|
|
|
Обычно подобные детекторы идентифицируют столкновения частиц по двум сигналам: вспышке света и импульсу высвобожденных электронов. Но даже по сравнению с WIMP-частицами, такие частицы, как аксионы и темные фотоны, будут производить лишь крайне слабые сигналы — выделяя слишком мало энергии для обнаружения вспышки.
|
|
|
|
|
|
|
Вместо этого исследователям необходимо искать слабые всплески энергии, высвобождаемые при поглощении этих частиц атомными электронами. Без обнаруживаемой световой вспышки детектору гораздо сложнее отфильтровать фоновый шум, такой как блуждающие электроны, имитирующие реальный сигнал.
|
|
|
|
Для решения этой задачи коллаборация XENON создала подробную модель того, как именно должен выглядеть этот шум, используя машинное обучение для более точной характеристики своих предсказаний. Что особенно важно, они делали это, не имея возможности видеть фактические данные в области поиска, поэтому их фоновая модель не могла быть неосознанно изменена для получения ложного результата. После завершения работы над моделью они смогли сравнить её предсказания с реальными данными от XENONnT.
|
|
|
|
Как и ожидала команда, анализ не выявил никаких необъяснимых сигналов в детекторе. Однако результаты установили беспрецедентные ограничения на гипотетические свойства аксионоподобных частиц и тёмных фотонов. Результаты также приблизились к более тонкой границе: точке, где фоновые сигналы от собственных нейтрино Солнца становятся неразличимыми от подлинного сигнала тёмной материи. До сих пор ни один детектор тёмной материи не преодолевал этот предел.
|
|
|
|
Результаты команды теперь могут подготовить почву для нового поколения экспериментов, включая запланированного преемника, примерно в шесть раз большего, чем XENONnT, для обработки данных, генерируемых в его детекторных резервуарах, потребуются более сложные аналитические инструменты. На данный момент результаты проекта XENONnT представляют собой наиболее подробную карту мест, где темная материя не обнаружена.
|
|
|
|
Источник
|
