В 2012 году два предыдущих эксперимента по обнаружению темной материи — Large Underground Xenon (LUX) и ZonEd Proportional scintillation in Liquid Noble gass (ZEPLIN) — объединились в эксперимент LUX-ZEPLIN (LZ). С момента начала работы это сотрудничество провело самый чувствительный поиск когда-либо проводившихся слабовзаимодействующих массивных частиц (WIMP) — одного из ведущих кандидатов на темную материю. В этом сотрудничестве участвуют около 250 ученых из 39 учреждений в США, Великобритании, Португалии, Швейцарии, Южной Корее и Австралии.
В понедельник, 26 августа, на двух научных конференциях были представлены последние результаты проекта LUX-ZEPLIN. Эти результаты были отмечены учеными физического факультета Университета Олбани, включая доцентов Сесилию Леви и Мэтью Шидагиса (двух участников эксперимента). Этот последний результат почти в пять раз чувствительнее предыдущего и не обнаружил никаких свидетельств существования WIMP с массой более 9 ГэВ/с2. Это лучшие из когда-либо существовавших пределов для WIMPS и важный шаг к обнаружению таинственной невидимой массы, составляющей 85% Вселенной.
Эксперимент LZ, проводимый Национальной лабораторией Лоуренса в Беркли Министерства энергетики (DoE), проводится в подземном исследовательском центре Сэнфорда в Южной Дакоте, на глубине около 1500 метров (почти миля) под поверхностью. Эксперимент основан на сверхчувствительном детекторе, изготовленном из 10 тонн (11 тонн США) жидкого ксенона, для поиска неуловимых сигналов, вызванных взаимодействием WIMP-ядра. Хотя прямые обнаружения еще не сделаны, эти последние результаты помогли ученым сузить круг поиска.
Как объяснил Леви в недавнем пресс-релизе Университета Альберты:
«Темная материя очень, очень редко взаимодействует с обычной материей, но мы не знаем точно, насколько редко. Мы измеряем это через это поперечное сечение или через то, насколько вероятно взаимодействие внутри нашего детектора. В зависимости от массы частицы темной материи, которую мы пока не знаем, взаимодействие внутри детектора более или менее вероятно. Новые результаты LZ говорят нам, что темная материя взаимодействует с обычной материей даже реже, чем мы думали, и единственный инструмент в мире, который достаточно чувствителен, чтобы это измерить, — это LZ».
Существование и природа Темной Материи являются одной из величайших загадок современной астрофизики. Первоначально предложенное для объяснения кривых вращения галактик, существование Темной Материи жизненно важно для наиболее широко принятой космологической модели — модели Лямбда Холодной Темной Материи (LCDM). К сожалению, согласно преобладающим теориям, DM взаимодействует с обычной (т. е. «светящейся») материей только посредством гравитации, самой слабой из четырех фундаментальных сил. Для обнаружения этих взаимодействий требуются невероятно чувствительные приборы и среда, свободная от электромагнитной энергии (включая тепло и свет).
Хотя прямых обнаружений не было, последние результаты LZ сузили диапазон возможностей для одного из ведущих кандидатов DM. Как сказал Шидагис:
«Часто неправильно понимают, что подразумевается под фразой «лучший в мире эксперимент с темной материей», поскольку никто еще не сделал окончательного, однозначного открытия. Однако новые, более строгие нулевые результаты, такие как LZ, по-прежнему чрезвычайно ценны для науки. UAlbany, как часть многонационального сотрудничества, которым является LZ, вносит важный вклад, обеспечивая надежность результатов LZ, начиная с самого начала эксперимента».
Хотя DM остается «невидимой» для нас, наличие ее гравитационного притяжения имеет основополагающее значение для нашего понимания Вселенной. Например, образование и движение галактик приписываются DM, и ее существование жизненно важно для объяснения крупномасштабной структуры и эволюции Вселенной. Если DM не существует, то наше понимание гравитации — как описано в общей теории относительности Эйнштейна — по сути неверно и нуждается в пересмотре. Однако общая теория относительности была экспериментально подтверждена снова и снова за последнее столетие.
Поэтому сужение поиска его составной частицы жизненно важно для доказательства того, что наши основополагающие теории о Вселенной верны. Как отметила Леви, ученые UAlbany вносят существенный вклад в LZ уже более десятилетия, и их работа далека от завершения! «Работа над LZ всегда так захватывающа, даже если мы еще не сделали открытия», — сказала она. «Мы все знаем, что если бы это было легко, кто-то другой уже сделал бы это! Я думаю, что сейчас нам нужно вынести из этого результата то, что LZ — отличная команда ученых, наш детектор работает превосходно, наш анализ чрезвычайно надежен, и мы еще далеки от завершения сбора данных».
Дополнительная литература: Университет Олбани
