Обнаружить частицы тёмной материи детектору XENON100 пока не удалось

За 225 дней работы детектор XENON100 не сумел обнаружить слабовзаимодействующие массивные частицы тёмной материи (вимпы).

XENON100 ориентирован на регистрацию вимпов при их рассеянии на ядрах ксенона. Гипотетические взаимодействия частиц тёмной материи в объёме детектора ведут к образованию ионов Xe⁺, возбуждённых атомов Xe* и электронов. Часть последних избегает рекомбинации и уносится от места взаимодействия электрическим полем, попадая в расположенный рядом газообразный ксенон, где создаёт сцинтилляционные фотоны, которые должен улавливать массив фотоэлектронных умножителей. Для подавления фона используется пассивная защита из высокочистой меди, полиэтилена, свинца и воды; кроме того, вся установка, размещённая в подземной итальянской Национальной лаборатории Гран-Сассо, защищена мощным слоем горных пород.

В апреле 2011-го коллаборация XENON, напомним, уже объявляла о том, что её поиски успехов не приносят. За прошедшее время XENON100 всё же зафиксировал два события, которые можно интерпретировать как взаимодействия вимпов с веществом, но этот результат нельзя назвать значимым: он практически не отличается от ожидаемого фонового уровня в одно событие.

Предельное сечение рассеяния вимпов на нуклонах, определённое по данным XENON100 на уровне доверительной вероятности в 90%. На графике также отмечены результаты нескольких аналогичных экспериментов. (Иллюстрация XENON Collaboration.)

Впрочем, отрицательный результат физикам тоже интересен, поскольку его всегда можно представить в виде новых, более жёстких ограничений на сечение упругого рассеяния вимпов на нуклонах. Обработав свежую информацию, участники XENON добились того, что максимально допустимое сечение для вимпа массой в 50–55 ГэВ снизилось до 2∙10^–45 см² (годом ранее оно составляло 7∙10^–45 см²). Данные по другим массам частиц тёмной материи можно найти на графике выше.

В скором времени кривая, отмечающая максимально возможные сечения, сдвинется ещё ниже, поскольку закрывать проект XENON100 никто пока не собирается. Эксперимент, напротив, будет развиваться, и детектор следующего поколения получит ксеноновую мишень большего объёма, которая автоматически сделает его намного более чувствительным.

Подготовлено по материалам NewScientist.