| | 1 ноября 2013 | Новости науки и техники
Поиск частиц темной материи с помощью детектора LUX оказались безрезультатны
85 дней поисков частиц загадочной темной материи, которые производились в рамках эксперимента Large Underground Xenon (LUX) с помощью датчика, расположенного на глубине более полутора километров ниже поверхности Южной Дакоты, не дал абсолютно никаких результатов. «Пустые» данные проведенного эксперимента, по существу, исключают возможность существования частиц темной материи с энергией порядка 8.6 ГэВ, «дорожки» в присутствии тех, которые содержатся в данных некоторых других экспериментов.
Датчик эксперимента LUX является более чувствительным на сегодняшний день, детектор способен зарегистрировать неуловимые WIMP-частиц (Weakly Interacting Massive Particle), массивные частицы, которые слабо взаимодействуют с материей окружающей среды. Этот датчик находится на глубине 1480 метров под землей, в районах Стэндфордского подземный научно-исследовательский центр (Sanford Underground Research Facility) в Южной Дакоте.
На самом деле датчик представляет собой цилиндр, диаметром 7,6 м и высотой 6,1 метра в высоту, который заполнен очищенной водой, из которой были удалены все ионы. Этот слой воды защищает датчик от воздействия радиации и излучением от внешних источников, радиоактивных веществ, содержащихся в породах, и о космической радиации, которая сократилась почти в миллиард раз толще горных пород верхней части датчика.
Внутри датчика содержит емкость, в которой находится в 370 килограммов жидкого ксенона, 118 килограммов, что находится в основному объему сцинтиллятора датчика, в месте, где свет столкновения атомов ксенона с другими частицами, уловленными в нестабильных фотодатчиками. Остальные ксенона используется для организации охлаждения датчика и для большей протекции объема сцинтиллятора материала конструкции самого датчика, что, хоть и немного, но также являются радиоактивными.
Активная область датчика имеет диаметр 47 см и 48 см в высоту. Когда частицы, включая частицы темной материи, которые приходят из-за рубежа, сталкиваются с атомами ксенона, этих атомов, производят краткую вспышку белого света. Такие события ученые условно называют событие S1.
Ионизации атомов ксенона может произойти, когда частицы, которые пришли из-за рубежа, имеет большую энергию. Для определения влияния ионизации весь внутренний объем датчика находится под влиянием электрического поля, сила 181 В/см. Электроны, высвобожденные в процессе ионизации, движутся вверх под действием электрического поля и производят второй импульс света, событие S2. Измеряя время между событиями S1 и S2, ученые подсчитали, расстояние между местами, в которых произошли эти события, и место, в котором произошло событие S1, определяется путем анализа сигналов для массива 61-датчик-фотоумножителя.
Достаточно времени, ученые проводили сбор «холостяк» данных, которые будут измерять уровень естественного фона высокоэнергетических частиц из-под земли. Они определили, что 85 дней провести эксперимент, датчик может регистрировать около 1000 фона вторичных событий, данные из которых не будут соответствующие особенности фирмы, что позволит без особых трудов отделить эти события действительно значимых событий.
В результате всего этого, в течение 85 дней эксперимента было зарегистрировано около 84 миллионов событий. Из этого огромного количества данных методом фильтрации были удалены события, когда точки S1 и S2 находятся недопустимо близко по времени. В результате 84 миллиона, остался только 6.6 миллионов записей событий. После предварительной фильтрации ученые более жесткие методы фильтрации удалены еще масса не очень достоверных данных, которые оставил для анализа около 160 мероприятий, два мероприятия в день эксперимента.
Несмотря на небольшое количество собранных достоверных данных, из этой суммы достаточно, чтобы исключить существование WIMP-частиц с энергией 8.6 ГэВ, которые, якобы, были замечены в ходе эксперимента СУКД II, проведенное учеными Калифорнийского университета в Беркли. Имея в виду площадь эффективного поперечного сечения датчика LUX, такой датчик должен зарегистрировать около 1550 событий, которые имеют отношение к частицам темной материи, но исследователи не смогли найти ни одного события. Эти данные противоречат данным эксперимента, СУКД II, что позволяет сделать вывод об ошибке, допущенной во время выполнения одного эксперимента, и, с учетом того, что эксперимент LUX позволило получить объем данных на 2 порядка больше, чем количество данных, собранных эксперимент СУКД II, эксперимент СУКД II должна быть признана ошибка.
Несмотря на отсутствие доказательств существования темной материи в данных эксперимента LUX, этот эксперимент позволит ученым сузить область поиска темной материи. И ученые, работающие в рамках эксперимента LUX, они будут производить во второй, более длинной, сбор данных, который позволит вам еще раз убедиться в том, что не WIMP-частиц с энергией 8.6 ГэВ, частицы материи, слабое взаимодействие с частицами обычной материи.
