Физики Новосибирского госуниверситета и Института ядерной физики СО РАН усилили детекторы установки для поиска тёмной материи в лаборатории университета, узнал 11 ноября корреспондент Сиб.фм из сообщения пресс-службы вуза.
Учёные до сих пор не знают точно, что такое тёмная материя. Она есть в космосе и в пространстве вокруг Земли, но слабо взаимодействует с обычной материей. Считается, что потоки частиц тёмной материи пролетают сквозь людей, планеты и звёзды и только изредка сталкиваются с частицами обычной материи. Возможность этих столкновений даёт учёным надежду с помощью специальных детекторов однажды зарегистрировать частицы тёмной материи и изучить их природу и свойства.
Для создания детекторов тёмной материи требуются специальным образом очищенные материалы, не содержащие примесей радиоактивных элементов, а также отсутствие фона от космического излучения, поэтому установки находятся глубоко под землёй. Однако прежде, чем строить новые, чрезвычайно дорогие детекторы, перспективные методики отрабатываются в лабораторных условиях на детекторах-прототипах.
В лаборатории космологии и элементарных частиц, основанной Новосибирским госуниверситетом и Институтом ядерной физики СО РАН, такой детектор усовершенствовали. Поток частиц тёмной материи имитируют с помощью источника нейтронов, разработанного в ИЯФ СО РАН.
По словам старшего научного сотрудника лаборатории Андрея Соколова, за основу прототипа детектора физики взяли установку, работающую на сжиженном инертном газе аргоне. Сжиженный газ находится внутри криостата. Столкновение частиц тёмной материи с атомами аргона сопровождается передачей энергии и образованием свободных электронов. Сигнал о произошедшем соударении частиц поступает в виде света, который регистрируют чувствительные датчики, говорится в сообщении.
В лаборатории космологии элементарных частиц решили общепринятую схему изменить за счёт дополнительной установки газовых электронных умножителей. Датчики требовались, чтобы регистрировать сигнал не только в жидком аргоне, но и в парах газа. Это должно было усилить чувствительность детектора. Однако учёные увидели больше света, чем ожидали. Оказалось, что в криостат с аргоном попала небольшая доля азота, которая могла осесть на стенках ёмкости.
«Изначально с регистрацией свечения, которое должно было служить сигналом о столкновении с тёмной материей, возникали сложности. Свечение происходит в области так называемого вакуумного ультрафиолета. Это жёсткое коротковолновое излучение, которое не проходит сквозь атмосферу. Для регистрации требовалось его переизлучить — поглотить другим веществом, так называемым шифтером, который бы сместил спектр и переизлучил свет уже на другой длине волны. Но при этом терялась бы значительная часть первичного излучения и, следовательно, уменьшалась чувствительность детектора», — рассказал Соколов.
По словам учёных, внепланово попавший в эксперимент азот оказался идеальным шифтером:
«Думали, что баг, оказалось — фича».
Обнаруженный в лаборатории эффект был уже описан в научной литературе около 30 лет назад. Тогда исследования проводились при комнатной температуре.
«Идея с переизлучением света от аргона с помощью очень маленькой добавки азота позволит существенно упростить конструкцию детектора, одновременно увеличив чувствительность до предела, который превышает возможности современных установок. Иначе говоря, у нас есть шанс построить самую чувствительную в мире установку, работающую на этом принципе», — рассказал Андрей Соколов.
Пока эксперименты идут на малой установке, но в дальнейшем физики планируют продолжить исследования в лаборатории на аналогичном аргоновом прототипе детектора с объёмом криостата 150 литров.
В дальнейшем учёные планируют вступить в одну из коллабораций, занимающуюся поисками тёмной материи. Тогда технологии лаборатории НГУ и ИЯФ СО РАН можно будет использовать в работе детекторов частиц тёмной материи.
Совместная лаборатория космологии и элементарных частиц создана на средства мегагранта правительства России, полученного Новосибирским госуниверситетом, и находится в Институте ядерной физики СО РАН.
Подпишитесь на нас в Telegram
