Эксперимент по изучению темной материи достиг важной вехи глубоко под землей

Фото из открытых источников

Ученые из Колледжа науки и техники Университета Миннесоты достигли важной вехи в рамках эксперимента Super Cryogenic Dark Matter Search (SuperCDMS).

Этот эксперимент, расположенный глубоко под землей в лаборатории нейтринной обсерватории Садбери (SNOLAB) в Канаде, самой глубокой подземной лаборатории в мире, предназначен для обнаружения невидимой массы Вселенной, также известной как темная материя.

Команда SuperCDMS недавно объявила об успешном охлаждении эксперимента до рабочей температуры, в сотни раз превышающей температуру открытого космоса.

Теория темной материи, официально выдвинутая в 1970-х годах известным астрономом Верой Рубин (в честь которой названа обсерватория имени Веры К. Рубин), представляет собой загадочную массу, которая теоретически составляет 85% от общей массы известной Вселенной.

Несмотря на шестьдесят лет непрерывных исследований, ученые до сих пор не нашли конкретных доказательств существования этого вещества и не определили его состав.

Однако наиболее широко распространенная теория гласит, что она состоит из крупных частиц, взаимодействующих с «обычной материей» посредством гравитации, что известно как модель холодной темной материи (CDM).

Эксперимент, предназначенный для обнаружения частиц темной материи, уже проходящих сквозь Землю, представляет собой цилиндрическую конструкцию высотой четыре метра и диаметром четыре метра, изготовленную из слоев сверхчистого свинца.

Эта защита оберегает находящиеся внутри детекторы от излучения, включая нейтроны и гамма-лучи, образующиеся в результате прохождения высокоэнергетических космических лучей через нашу атмосферу.

Достижение базовой температуры знаменует собой важный переход для SuperCDMS, которая находится на 1/1000 градуса выше абсолютного нуля (-273,15 °C; -459,67 °F), температуры, при которой прекращается движение атомов и молекул.

В пресс-релизе Университета Миннесоты Присцилла Кушман, профессор Школы физики и астрономии и представитель SuperCDMS, заявила: «Достижение базовой температуры — важный этап в многолетней кампании по созданию установки с низким фоновым излучением, способной вместить наши чувствительные криогенные твердотельные детекторы2.

При таких чрезвычайно низких температурах установленные нами детекторы теперь могут сканировать совершенно новую область параметрического пространства, где могут скрываться самые легкие частицы темной материи.

Помимо разработки и сборки низкофонового защитного экрана для детекторов, исследователи из Университета Миннесоты также разработали алгоритмы машинного обучения и методы анализа.

Эти инструменты будут использоваться для быстрого извлечения сигналов темной материи из данных после того, как эксперимент начнет работу через несколько месяцев.

После достижения базовой температуры сотрудничество перейдет к многомесячному процессу ввода детекторов в эксплуатацию, в ходе которого будут включены, откалиброваны и оптимизированы каждый канал детектора.

Помимо изучения темной материи, SuperCDMS позволит ученым исследовать редкие изотопы, изучать распределение энергии вплоть до электронвольтного уровня и, возможно, открыть новые типы взаимодействий частиц.