Детектор LZ состоит из трех вложенных друг в друга детекторов, предназначенных для обнаружения мельчайших количеств энергии, выделяемой радиоактивными материалами или темной материей. Здесь виден внешний детектор LZ, включающий обшивку вето, и 10 тонн жидкого ксенона в LZ TPC. Фото предоставлено: LZ Collaboration.
Эксперимент с темной материей LUX ZEPLIN (LZ) — это крупный исследовательский проект, в котором принимают участие более 200 ученых и инженеров из 40 институтов по всему миру. Его основная цель — поиск слабовзаимодействующих массивных частиц (WIMP) путем анализа данных, собранных детектором LZ в подземном исследовательском центре Сэнфорд в Южной Дакоте.
Коллаборация LZ недавно опубликовала результаты первого экспериментального эксперимента по изучению темной материи LZ. Эти результаты, опубликованные в журнале Physical Review Letters, накладывают новые ограничения на взаимодействие между темной материей и другими частицами, что может повлиять на будущие поиски слабо взаимодействующих кандидатов в темную материю.
«Нет оснований полагать, что темная материя взаимодействует с обычной материей простейшим образом, поэтому важно учитывать более сложные взаимодействия». Сэм Эриксен, соавтор статьи, рассказал Phys.org.
«В этой работе мы протестировали пять очень хорошо физически мотивированных взаимодействий. Обнаружение одного из этих взаимодействий может, например, указывать на то, что вимп состоит из множества заряженных частиц, а не из одной частицы».
Детектор LZ содержит 7 тонн жидкого ксенона, плотной жидкой фазы благородного газа, содержащегося в атмосфере Земли. Когда частица взаимодействует с этим жидким ксеноном, она производит вспышку света — явление, которое команда использовала для поиска слабо взаимодействующей темной материи.
«Хотя это очень чистый поиск редких событий, в детекторе всего несколько событий в день, что делает эту комнату самым радиоактивно чистым объемом на Земле для ядерной отдачи, мы все еще ищем то, что мы ищем всего несколько раз в год. «, — сказал Майкл Уильямс, соавтор статьи. «Мы используем статистический анализ, чтобы отфильтровать взаимодействия темной материи из взаимодействий обычной материи».
Предел парной силы взаимодействия вимп-нуклон в зависимости от массы вимп на доверительном интервале 90% (черная линия). Для справки показаны результаты PandaX-II (синий). Мы можем думать о «D» как о силе этого конкретного типа взаимодействия. Фото предоставлено: LZ Collaboration
Коллаборация LZ проанализировала сигнатуры, собранные детектором LZ в подземном исследовательском центре Сэнфорда, с целью различить сигнатуры, исходящие от чего-то, отскакивающего от ядра, и сигнатуры, связанные с частицей, отталкивающей электрон от атома ксенона. Разница между этими двумя типами сигнатур незначительна, но их детектор предназначен для ее обнаружения.
«Хотя наш первоначальный поиск не выявил сигналов темной материи, он демонстрирует ограниченные свойства темной материи, что, в свою очередь, позволяет уточнить теории темной материи». — сказал Уильямс. «Многие сигналы, которые мы искали в этой работе, раньше не искались».
Результаты первого научного эксперимента LZ вскоре могут также помочь улучшить теории темной материи. В частности, это могло бы позволить физикам-теоретикам лучше моделировать поведение темной материи, включая вимпы.
«С точки зрения детектора мы значительно улучшили наше понимание детектора и перешли к более высоким энергиям». объяснил Эриксен. «Это открыло возможность открытия новых типов взаимодействий с темной материей».
В течение следующих нескольких лет детектор LZ продолжит собирать данные, которые затем будут проанализированы коллаборацией. Эти дополнительные данные могут позволить команде установить дополнительные ограничения на взаимодействия вимпов и потенциально способствовать будущему обнаружению сигнатур, связанных с этими неуловимыми частицами.
«Теперь мы гораздо более чувствительны к любым взаимодействиям с темной материей, потому что можем анализировать больше событий и проводить статистические измерения». Эриксен добавил.
«Мы продолжим искать доказательства этих взаимодействий в наборе данных и надеемся найти доказательства в ближайшем будущем. Либо мы сделаем революционное открытие в ближайшие несколько лет, либо мы исключим больше типов темной материи и закроем ее». сеть еще дальше».
