Министерство энергетики США официально одобрило начало строительства детектора тёмной материи SuperCDMS. Ожидается, что он будет как минимум в 50 раз чувствительнее лучшего из предшественников. Начало экспериментов запланировано на начало 2020-х годов.
"Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали о том, откуда учёные знают о существовании тёмной материи и почему большинство специалистов считает, что она состоит из ещё не открытых элементарных частиц.
Каких именно? В этом вопросе ясности нет. Разные физические теории предлагают довольно много вариантов. Однако большинство специалистов сходится на том, что неизвестные стабильные частицы, скорее всего, по массе сравнимы с протоном. А поскольку их до сих пор не обнаружили, то с обычным веществом они взаимодействуют слабо, что, собственно, и требуется от тёмной материи. Такая идея называется гипотезой слабо взаимодействующих массивных частиц (по-английски weakly interacting massive particle или WIMP). В разговорной речи специалисты называют их попросту "вимпами".
Именно "вимпы" и будет ловить SuperCDMS. Приставка super-, конечно, означает рекордную чувствительность инструмента. Аббревиатура же CDMS является сокращением от словосочетания Cryogenic Dark Matter Search, то есть "криогенный поиск тёмной материи". Здесь слово "криогенный" означает, что "мишень", с которой будут взаимодействовать частицы, планируется охлаждать. Её температура всего на доли градуса превысит абсолютный нуль. Между прочим, это зачастую единственный способ зафиксировать редкое событие в мире элементарных частиц.
"Наш эксперимент будет самым чувствительным в мире для относительно лёгких вимпов, в массовом диапазоне от долей массы протона до примерно десяти масс протона", – объясняет Ричард Партридж (Richard Partridge) из Института астрофизики частиц и космологии Кавли (KIPAC).
Детектор планируется соорудить в Канаде, в бывшей никелевой шахте на глубине двух километров. Это будет самая глубоко расположенная лаборатория на континенте. Прятаться под землю учёных заставляют космические лучи, которые на поверхности "завалили" бы детектор ложными срабатываниями.
Сердцем установки будут кристаллы кремния и германия. Планируется, что "вимпы", попадая в них, будут вступать в реакцию с атомными ядрами.
Считается, что в результате такого взаимодействия выделится энергия. Кроме того, родятся электроны, которые также отдадут кристаллу свою энергию. Всё это вызовет в веществе очень слабые вибрации. Вот их-то и зарегистрирует детектор.
Установка будет состоять из четырёх "башен", в каждой из которых разместится по шесть "мишеней", напоминающих по форме хоккейные шайбы. Первую из них планируется разместить на месте эксперимента уже к концу 2018 года.
В последние месяцы шли испытания прототипа детектора, которые завершились успехом.
"Эти тесты были важной демонстрацией того, что мы можем построить настоящий детектор с достаточно высоким энергетическим разрешением, а также детекторную электронику с достаточно низким уровнем шума для достижения цели наших исследований", – констатирует Пол Бринк (Paul Brink) из KIPAC.
Поясним, что под энергетическим разрешением здесь понимается возможность отличить друг от друга события с близкими энергиями. Это очень важно для определения природы зафиксированного процесса и массы зарегистрированных частиц.
"В этом проекте учтены уроки, извлечённые из предыдущих экспериментов CDMS, что позволило значительно улучшить инфраструктуру эксперимента и конструкцию детекторов", – говорит Кен Фаутс (Ken Fouts) из Национальной ускорительной лаборатории "Стэнфордский центр линейного ускорителя", США.
Всего в коллаборацию SuperCDMS входят 111 учёных из 26 научных центров. Общий бюджет проекта составляет 34 миллиона долларов. Предполагается, что детектор начнёт работу уже через несколько лет.
Напомним, что "Вести.Наука" ранее писали о других детекторах, ищущих "вимпы" тёмной материи: как уже завершивших работу, так и действующих. Также мы рассказывали о недавно запущенном эксперименте по поиску аксионов, которые тоже претендуют на роль этой загадочной субстанции. Говорили мы и о проекте по поиску легчайших частиц тёмной материи.
