Темное осталось темным

Охота на вимпы

©Matt Kapust/Sanford Underground Research Facility

Поиск частиц темной материи на чувствительном инструменте LUX не дал результата. Пока.

На глубине более полутора километров в горах Южной Дакоты расположены чувствительные детекторы эксперимента Large Underground Xenon (LUX), с помощью которого ученые надеются поймать неуловимое — частицы таинственной темной материи. Впрочем, первые результаты проекта, обнародованные 30 октября, не принесли сенсации: неуловимые частицы так и не попались.

Представление о темной материи возникло после того, как астрофизикам стало понятно, что всей массы гравитационно связанных объектов — например, массы звезд, планет и облаков в галактиках — недостаточно для того, чтобы удерживать их вместе. Словно в них имеется некая материя, создающая дополнительное притяжение, но абсолютно невидимая и, если не считать гравитации, никак не взаимодействующая с обычным веществом. Не излучающая и не поглощающая, не нагревающаяся и не остывающая. Темная.

Расчеты показали, что темной материи во Вселенной должно быть впятеро больше, чем обычной. Однако что именно она из себя представляет, из чего состоит — все это до сих пор остается загадкой. Одна из теорий предполагает, что темная материя сложена особыми массивными частицами — вимпами. Именно для охоты на вимпы американские ученые и начали работу с экспериментом LUX.

Тоннели LUX — возможно, самое спокойное место на Земле. Ведь и мы сами, и все окружающие нас предметы, включая детекторы приборов, с вимпами практически не взаимодействуем. Чтобы уловить даже самые слабые события, ученым и требуется полная изоляция. Здесь, на глубине расположен 1,8-метровый титановый чан, заполненный жидким ксеноном, температура которого поддерживается на уровне -101 ^ОС. Для большей надежности он погружен в 7,6-метровую емкость со сверхчистой дистиллированной водой и, конечно, окружен толстым слоем скальных пород.

Считается, что раз уж вимпы так слабо взаимодействуют с обычным веществом, для них все эти «слои обороны» совсем незаметны. Но если такая частица столкнется с атомом ксенона, то выбьет из него электрон, и атом испустит несколько фотонов излучения. Чувствительные детекторы тут же уловят этот свет — и мы зарегистрируем долгожданное событие.

Теоретические расчеты позволяли надеяться на то, что прибор, подобный LUX, должен замечать такие столкновения каждые 80 минут. Увы, первые три месяца его работы не принесли ни одного. Конечно, регистрировалось свечение, связанное с другими частицами (за время работы их насчитали миллионы), но ничего подходящего ученые не обнаружили.

Это еще не означает, что вимпов нет вовсе: эксперимент позволил исключить лишь частицы определенной энергии (8,6 Гэ*В), предсказанные одной из теорий. Большие надежды на LUX возлагали как раз потому, что на этих энергиях некоторые менее чувствительные приборы ранее регистрировали нечто очень похожее на эти частицы. Жаль, что надежды не оправдались, но охота продолжается.