Разгадка близка? Эксперимент LUX-ZEPLIN установил новый рекорд в поисках темной материи

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Темная материя, невидимая и неуловимая субстанция, составляет около 85% всей материи во Вселенной. Её существование предполагается на основе гравитационных эффектов, наблюдаемых на различных масштабах: от вращения галактик до формирования крупномасштабной структуры Вселенной. Однако, несмотря на многочисленные попытки, темная материя до сих пор не была обнаружена напрямую.

Одним из наиболее перспективных инструментов в поисках темной материи является детектор LUX-ZEPLIN (LZ), расположенный в глубине шахты Sanford Underground Research Facility в Южной Дакоте. LZ представляет собой сложную многокомпонентную систему, спроектированную для регистрации слабых взаимодействий, которые могут свидетельствовать о столкновении частиц темной материи с обычной материей.

LUX-ZEPLIN (LZ), вольная интерпретация
LUX-ZEPLIN (LZ), вольная интерпретация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

В основе LZ лежит 10-тонный резервуар, заполненный жидким ксеноном. Ксенон — это благородный газ с высокой плотностью и низкой радиоактивностью, что делает его идеальной средой для регистрации редких событий, связанных с темной материей. Когда частица темной материи, например, WIMP (слабо взаимодействующая массивная частица), сталкивается с ядром атома ксенона, происходит высвобождение энергии, которая преобразуется в слабые вспышки света и высвобождение электронов.

Эти сигналы регистрируются высокочувствительными фотодетекторами, расположенными вокруг резервуара с жидким ксеноном. Для того чтобы отличить истинные сигналы от фонового шума, создаваемого естественной радиацией и другими источниками, LZ использует многоуровневую систему защиты. Детектор расположен глубоко под землей, что значительно снижает поток космических лучей. Кроме того, сам детектор окружен слоями защитных материалов, которые поглощают и экранируют внешнее излучение.

Простая схема принципа работы двухфазного ксенонового ТПК. Во время взаимодействия образуется свет S1 (зеленый) и свет S2 (синий), и часть каждого из них может быть видна массивами ФЭУ в верхней и нижней частях детектора. Обратите внимание, что эта диаграмма не предназначена для масштабирования, и что LZ имеет гораздо больше 4 PMT в каждом массиве.
Простая схема принципа работы двухфазного ксенонового ТПК. Во время взаимодействия образуется свет S1 (зеленый) и свет S2 (синий), и часть каждого из них может быть видна массивами ФЭУ в верхней и нижней частях детектора. Обратите внимание, что эта диаграмма не предназначена для масштабирования, и что LZ имеет гораздо больше 4 PMT в каждом массиве.
Автор: By Rlinehan — Own work, CC BY-SA 4.0 Источник: commons.wikimedia.org

Недавно LZ завершил очередной этап своей работы, проанализировав данные, собранные за 280 дней (с марта 2023 г. по апрель 2024 г.) непрерывных наблюдений. В результате этого анализа были получены новые ограничения на свойства WIMPs, одного из главных кандидатов на роль частиц темной материи. LZ не обнаружил прямых доказательств существования WIMPs в определенном диапазоне масс, что позволило сузить область поисков и исключить некоторые теоретические модели.

Этот результат, хотя и не является прямым обнаружением темной материи, имеет важное значение для развития этой области исследований. Он помогает ученым уточнить свои модели и сосредоточить усилия на более перспективных направлениях.

Помимо поиска WIMPs, LZ также используется для изучения других редких физических процессов, таких как распад атомов ксенона и нейтринные взаимодействия. Это делает LZ универсальным инструментом для исследования фундаментальной физики и поиска новых явлений за пределами Стандартной модели.

Верхние пределы упругих сечений WIMP-нуклонов из выбранных экспериментов, о которых сообщалось в эксперименте LZ в июле 2023 года
Верхние пределы упругих сечений WIMP-нуклонов из выбранных экспериментов, о которых сообщалось в эксперименте LZ в июле 2023 года
Автор: By LZ experiment — https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.041002, CC BY-SA 4.0 Источник: commons.wikimedia.org

Эксперимент LZ продолжается, и ученые планируют собрать данные за 1000 дней. С увеличением объема данных, улучшается статистическая значимость результатов, что повышает шансы на обнаружение темной материи или других редких событий

LZ — это яркий пример того, как передовые технологии и научная смелость позволяют нам расширять границы познания и исследовать самые глубокие тайны Вселенной. Несмотря на то, что темная материя пока остается неуловимой, каждый шаг в ее поисках приближает нас к пониманию фундаментальных законов природы и нашего места в космосе.

Продолжение работы LZ и разработка новых, еще более чувствительных детекторов в будущем, несомненно, приведут к новым открытиям и продвинут нас вперед в понимании самых глубоких тайн Вселенной.

Сейчас на главной

Новости

Публикации

2,3 миллиарда лет назад Земля едва не потеряла весь кислород: ученые выяснили, как планета сохранила обитаемость

Около двух с половиной миллиардов лет назад состав атмосферы Земли начал необратимо меняться. В воздухе впервые появился свободный кислород — газ, без которого невозможно существование...

Эйнштейн оказался квантовым: физики вывели уравнения гравитации из квантовой информации

Современная фундаментальная физика держится на двух теориях, которые до сих пор не удается свести к единому знаменателю.Первая — общая теория относительности. Она описывает...

Как на самом деле погибнет Солнечная система: новое исследование опровергло вечную стабильность орбит

Вопрос о том, способна ли планетная система существовать вечно, определил само зарождение теоретической астрономии. Размышляя о законе всемирного тяготения и наблюдая за орбитами Юпитера и...

Поставил проектор на шкаф под углом, а он сам всё настроил на экран 130": обзор TrendVision Luma Arc

Когда хочется смотреть фильмы на большой диагонали, обычный телевизор уже не всегда кажется подходящим решением. Но с проекторами есть другая проблема: нужно найти место для установки, выставить...

Как буква «Ё» появилась в русском языке и почему её часто не используют

В книге можно встретить «елку», «ежика» и «теплый вечер» — и без труда понять, какие слова имелись в виду. Но с выражениями «все готово» или «мы узнаем» такой уверенности уже нет:...

Остров изгнанников: почему с острова Спиналонга в XX веке никто не возвращался

Остров, с которого не возвращаются. Звучит зловеще. Как сюжет для фильма ужасов не самого высокого пошиба, потому что тема, мягко говоря, избитая. Но это в кино, а в реальности и жуть, и интерес...