Тёмная материя - это гипотетическая субстанция, существование которой должно объяснить некоторые эффекты и процессы, наблюдаемые учеными в окружающем нас мире. Согласно имеющейся теории, количество темной материи во Вселенной в пять раз превышает количество обычной материи, что было косвенно подтверждено результатами некоторых астрономических наблюдений. Сейчас несколько научных групп проводят эксперименты, в которых при помощи сверхвысокочувствительных датчиков производятся поиски частиц темной материи. Одним из таких экспериментов является эксперимент XENON, оборудование которого имеет самый большой и самый чувствительный датчик XENON1T, успевший проработать уже в течение 30 дней, снабжая ученых научными данными.
Отметим, что предыдущий эксперимент XENON100, в датчике которого использовалось 100 литров жидкого ксенона, за пять лет своей работы так и не принес желаемых результатов. Поэтому ученые построили еще больший и более чувствительный датчик XENON1T, суммарная масса которого составляет 3200 килограмм и внутри которого находится 1000 литров жидкого ксенона. Датчик XENON1T является самым большим ксеноновым датчиком на сегодняшний день, он обеспечивает высокую чувствительность при очень низком уровне шумов, и при его помощи ученые надеются впервые "поймать за руку" неуловимые частицы темной материи.
В организации XENON Collaboration состоит 135 ученых из США, Германии, Италии, Швейцарии, Португалии, Франции, Нидерландов, Израиля, Швеции и Объединенных Арабских Эмиратов. Строительство нового датчика велось в подземной лаборатории LNGS с осени 2016 года. Датчик представляет собой огромный бак, заполненный для защиты от влияния внешнего мира сверхчистой водой, а расположенное рядом трехэтажное сооружение заполнено оборудованием и компьютерами, управляющими работой датчика.
Главный детектор датчика XENON1T носит название LXeTPC (liquid xenon time projection chamber) и он располагается внутри криостата, находящегося в центре бака с водой. Криостат поддерживает температуру детектора в -95 градусов Цельсии, а слой теплоизоляции не позволяет ему заморозить окружающую воду. Тем не менее, даже всех этих защитных мер не совсем достаточно для того, чтобы оградить детектор от естественной радиации. Подавление ее шумов выполняется при помощи специализированного фильтрующего оборудования и программного обеспечения, что позволило достигнуть рекордного уровня радиационной "тишины", необходимой для того, чтобы услышать очень слабый "голос" частиц темной материи.
Взаимодействия WIMP-частиц с атомами жидкого ксенона приводят к возникновению слабых вспышек света, которые регистрируются, обмеряются и изучаются учеными. Получаемая пространственная информация позволяет выделить только те события, которые происходят в центральной области детектора, там, где распределение плотности и температуры ксенона имеют максимальную однородность.
За 30-дневный период работы датчика XENON1T ученым не удалось зарегистрировать никаких событий, имеющих отношение к WIMP-частицам темной материи. Тем не менее, полученные данные позволили оценить чувствительность датчика, которая превосходит чувствительность датчиков любых других экспериментов, что позволяет расширить границы диапазона поисков.
"WIMP-частицы еще не были обнаружены, да и мы не ожидали этого так скоро" - рассказывает Елена Април (Elena Aprile), профессор из Колумбийского университета, - "Лучшие новости заключаются в том, что датчик продолжает выдавать высокоточные данные, которые в ближайшем времени позволят нам проверить несколько гипотез, касающихся WIMP-частиц, имеющих определенную массу и энергию. И, можно сказать, что с началом работы датчика XENON1T началась новая фаза охоты на темную материю".