Сообщается, что самый чувствительный в мире детектор тёмного вещества начал научную работу после прохождения тестов в течение 60 дней. Установка расположена на глубине 1,5 км в Подземном исследовательском центре Сэнфорда в городе Лид в штате Южная Дакота. Чувствительность прибора оценивается в 50 раз выше, чем у предыдущей установки. Данные о событиях прибор будет собирать не менее 1000 дней без какой-либо гарантии получения результата.
Источник изображения: Matthew Kapust
Впрочем, при поиске тёмного вещества даже отрицательный результат — это шаг вперёд. Поиск в определённом диапазоне масс и энергий заставляет корректировать физическую модель этой гипотетической частицы, задавшей саму основу нашей Вселенной. Именно частицы, поэтому кальку с английского «тёмная материя» в русском языке правильно менять на «тёмное вещество». Материей может быть также поле, это более широкое понятие, а частица, всё же, это вещество.
Новый эксперимент LUX-ZEPLIN (LZ) опирается на два прежних — LUX и ZEPLIN, но представлен более масштабной установкой. Так, если в предыдущем опыте для поиска событий (столкновений частиц обычного и тёмного вещества) использовалось 360 кг жидкого ксенона, то теперь резервуар содержит 7,7 т жидкого и охлаждённого до криогенных температур ксенона. Также контейнер пополнился новыми датчиками, даже двумя типами датчиков: один для обнаружения вспышек от взаимодействия тёмного вещества с атомами ксенона и другой для обнаружения электронов, выбитых таким столкновением.
Кроме того, вокруг ёмкости с ксеноном размещён резервуар с обычной водой и датчиками для регистраций известных науке частиц. Подобная организация позволяет регистрировать события одновременно в ксеноне и в воде. И если события произошли одновременно, то это позволяет сразу исключить тёмное вещество, которое в заданном масштабе с атомами воды никак не взаимодействует. Относительно большая глубина размещения установки и водяной экран позволяют в значительной степени снизить шум — детектирование частиц обычного вещества.
Принцип работы детектора на примере установки LZ (слева) и LZ/SLAC (справа)
В тестовом режиме установка работала 60 дней поле запуска в декабре 2021 года. По результатам проверки вышла статья. Теперь прибор будет не менее 1000 дней собирать данные в надежде зарегистрировать столкновение частицы тёмного вещества с атомом ксенона, которое происходит с теоретической вероятностью не чаще двух раз в год. Уточним, в эксперименте LUX-ZEPLIN учёные ищут частицу WIMP (Weakly Interacting Massive Particle) — гипотетическую слабовзаимодействующую массивную частицу. С атомами обычного вещества «вимпы» взаимодействуют только с помощью гравитации или слабых взаимодействий. Повышение общей чувствительности установки до 50 раз даёт надежду, что в сети учёных, всё же, что-то попадёт.