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

Зачем в России разрабатывают новые дирижабли и где их собираются использовать

Доставить оборудование в посёлок, к которому нет постоянной дороги, бывает сложнее, чем изготовить его на заводе. Зимой можно дождаться зимника, летом — навигации по реке, а срочный груз...

Обзор игровой механической клавиатуры на магнитных переключателях Epomaker HE60 V2

Игровые клавиатуры с магнитными переключателями постепенно становятся популярнее благодаря возможности регулировать точку срабатывания клавиш, использовать аналоговый ввод и настраивать...

Зачем ресиверу Marantz 2252B два входа для винила: инженерный расчет 1977 года против аудиомифов

В 1977 году компания Marantz выпустила интегральный стереоресивер Model 2252B массой 14,2 кг, выдававший 52 Вт на канал при нагрузке 8 Ом с коэффициентом гармонических искажений менее 0,05%....

Обзор портативного паяльника Alientek T80P: подробный тест точности нагрева и поддержания температуры

Развитие микроэлектроники и импульсных силовых устройств привело к постепенному вытеснению классических громоздких сетевых паяльных станций высокоэффективными портативными решениями. Появление...

Венский шницель: как тонкая телятина получает воздушную хрустящую панировку, которая не должна плотно прилипать к мясу

У хорошего венского шницеля есть странная особенность: его панировка ведёт себя так, будто хочет отделиться от мяса. Она поднимается пузырями, образует складки и местами оставляет между собой и...

Можно ли охладить Венеру и сделать её пригодной для жизни

Венера почти такого же размера, как Земля, а сила тяжести на ней лишь немного меньше земной. При этом на её поверхности температура достигает 465 градусов, а плотная углекислотная атмосфера...