11 мая 2018

Начато сооружение оборудования для самого чувствительного эксперимента по поискам частиц темной материи

Специалисты Национальной лаборатории линейных ускорителей SLAC начали работы по сооружению конструкций будущего эксперимента под названием SuperCDMS SNOLAB, датчики которого, начиная с 2020 года, начнут охоту на массивные WIMP-частицы, которые являются одним из кандидатов на звание частиц темной материи. Оборудование этого эксперимента будет иметь по крайней мере в 50 раз большую чувствительность, нежели оборудование любого другого подобного эксперимента, и это, как надеются ученые, может дать им ключи к разгадке одной из самых больших тайн современной физики.

Отметим, что работы по созданию эксперимента SuperCDMS SNOLAB ведутся под руководством специалистов лаборатории SLAC. А всего в этом проекте сейчас задействовано 111 специалистов из различных научных учреждений со всего мира.

Датчики эксперимента SuperCDMS будут иметь область максимальной чувствительности в диапазоне масс-энергий самых легких WIMP-частиц, масса которых будет равна от одной десятой до десяти масс протона. Датчики будут изготовлены из кремния и кристаллов германия. Столкновения WIMP-частиц с атомами вызовут мельчайшие колебания кристаллической решетки материала. Однако, для того, чтобы иметь возможность уловить и измерить эти колебания датчики будут охлаждены практически до температуры, равной температуре абсолютного нуля. Столь "холодные" условия и дают эксперименту его название - Cryogenic Dark Matter Search или CDMS, а приставка "Super" указывает на повышенную чувствительность оборудования.

Столкновения WIMP-частиц с атомами приведут еще к образованию свободных электронов и электронных дырок, способных перемещаться внутри кристалла, что приведет к дополнительному увеличению амплитуды искомых колебаний. А измеряться все это будет электроникой, также охлаждаемой до криогенных температур во избежание влияния собственных тепловых шумов.

Оборудование эксперимента будет смонтировано в канадской лаборатории SNOLAB, расположенной на глубине более двух километров в помещении бывшей никелевой шахты неподалеку от Садбери. Лаборатория SNOLAB является самой глубокой лабораторией в Северной Америке, находящееся там оборудование будет надежно защищено от влияния космической радиации и других электромагнитных сигналов, в том числе и искусственного происхождения.

В течение нескольких прошедших месяцев специалисты лаборатории SLAC занимались тестирование опытного образца датчика WIMP-частиц. А сейчас уже начаты работы по созданию шести кристаллических элементов, каждый размером с большую хоккейную шайбу, которые предназначены для первого реального датчика. И этот первый датчик будет отправлен в Канаду уже в конце текущего года.

И в заключение следует заметить, что эксперимент SuperCDMS SNOLAB, по всей видимости, станет самым чувствительным и последним по счету в череде подобных экспериментов. А предыдущий эксперимент из этой серии, располагавшийся в шахте Soudan Mine в Миннесоте, закончил свою работу в 2015 году.