Ксенон всё так же не видит тёмной материи

Свежие данных от двух ксенононовых детекторов частиц тёмной материи улучшили результаты поисков прошлых лет, но в них всё так же не видно сигнала. Соответствующие работы от коллабораций XENON и PANDAX-II опубликовны в журнале Physical Review Letters.

Внешний вид детектора XENON1T. © Roberto Corrieri and Patrick De Perio
Внешний вид детектора XENON1T. © Roberto Corrieri and Patrick De Perio

Использование детекторов на основе ксенона является на данный момент самым чувствительным методом поиска так называемых вимпов — гипотетических частиц, из которых, по мнению многих учёных, состоит тёмная материя. Ксенон при этом хорош тем, что во-первых, является весьма инертным веществом, что снижает уровень шума в детекторе, а во-вторых, обладает относительно тяжёлым ядром, что повышает вероятность его взаимодействия с вимпами.

XENON1T — самый крупный ксеноновый детектор в мире. Его рабочим телом являются 2 тонны жидкого сверхчистого ксенона, находящегося при температуре −108 °C. Ещё 1,2 тонны выполняют роль щита. Детектор находится в шахте Национальной лаборатории Гран Сассо в Италии и надёжно закрыт от космических лучей на глубине около 1400 метров.

Детектор PANDAX-II, находящийся в Китайской подземной лаборатории Цзиньпинь, недалеко от города Сычуань, несколько скромнее. Масса ксенона в нём составляет всего 580 кг (524 из которых — рабочие), и расположен он на глубине 2,4 км.

Оба детектора начали свою работу в 2016 году, но китайцы успели собрать данные в течение 79,6 дней в 2016 году и ещё 77,1 дней в 2017, а итальянцы — только за 34,2 дня с ноября 2016 по январь 2017, поэтому объём полученных данных в расчёте на килограмм-день оказался у обоих групп сравнимым.

Ни тот, ни другой эксперимент, однако, сигнала не зарегистрировал. Полученные ими результаты представлены на графиках ниже.

Данные XENON1T. © E. Aprile et al. (XENON Collaboration) // Phys. Rev. Lett. 119, 181301 (2017)
Данные XENON1T. © E. Aprile et al. (XENON Collaboration) // Phys. Rev. Lett. 119, 181301 (2017)

Здесь чёрной линией показана граница области параметров, в которой не были обнаружены вимпы в данном эксперименте XENON1T, и для сравнения данные трёх предыдущих экспериментов. Цветные полосы — статистическая значимость результата величиной в 1σ (зелёный) и 2σ (жёлтый).

Данный PANDAX-II. © Xiangyi Cui et al. (PandaX-II Collaboration) // Phys. Rev. Lett. 119, 181302 (2017)
Данный PANDAX-II. © Xiangyi Cui et al. (PandaX-II Collaboration) // Phys. Rev. Lett. 119, 181302 (2017)

Здесь красной линией отмечены текущие результат PandaX-II также в сравнение с предыдущими работами, а также с работой XENON1T. Нижний график — это просто увеличенный фрагмент верхнего.

Все эти результаты увеличивают пессимистические настроения в среде тех, кто занят поисками вимпов. С большой долей вероятности они опровергают самые простые и элегантные теории того, что вимпы могли бы из себя представлять, а это значит, что или их теория сложна, или их вовсе не существует. Если вимпов не существует, это ещё не означает, что не существует частиц тёмной материи, но их придётся искать в других областях: это могут быть аксионы или тёмные фотоны. Вимпы, однако, нравились многим из-за своей относительной простоты.

Как бы то ни было ксеноновые детекторы продолжат свою работу, а учёные будут думать и над другими методами засечь неуловимые частицы.

Читайте также

Кольцо поиска вимпов сужается

Почему мы поверили в тёмную материю?

Поиски тёмной кошки в тёмной комнате

Подписывайтесь также на мой канал в Telegram