BILL-E – маленькі роботи, здатні збирати великі структури спільними зусиллями
2 Листопада , 2019
Технологія Aqua-Fi забезпечить доступ до Інтернету для нирців і пристроїв підводного “Інтернету Речей”
26 Червня , 2020

Довге “полювання за темною матерією” принесло перші і несподівані результати

Вчені, задіяні у реалізації міжнародного проекту XENON, найвисокочутливішого давача в світі на сьогоднішній день, орієнтованого на пошуки темної матерії, оголосили про факт реєстрації цим давачом надмірної кількості подій певного роду. Поки що вчені не можуть стверджувати, що їм, нарешті, вдалося виявити таємничу темну матерію, вони лише виявили збільшення кількості певних подій, джерело яких залишається невідомою величиною. Деякі параметри цих подій містять підпис, який може бути наслідком присутності залишкових слідових концентрацій тритію (атомів водню з одним протоном і двома нейтронами), але все це може також бути і ознаками чогось більш екзотичного – існування частинки, що називається сонячним аксіоном, або проявом раніше невідомих властивостей частинок нейтрино.
Давач експерименту XENON1T розташовується глибоко під горою Gran Sasso в Італії і він працював в проміжку з 2016 по 2018 рік. Як вже згадувалося вище, головним завданням цього давача було виявлення темної матерії, на частку якої, як припускають вчені, припадає 85 відсотків від загальної кількості матерії у Всесвіті. Детектори давача XENON1T, мають певний діапазон чутливості і орієнтовані на пошуки так званих WIMP-частинок (Weakly Interacting Massive Particle), які вважаються одним з основних кандидатів на роль частинок темної матерії. І, як наслідок високої чутливості давача, експеримент XENON1T виявився здатним збирати дані про різні інші частинки і екзотичні взаємодії між ними, які можуть пояснити недозволені поки питання в області фундаментальної фізики. Зазначимо, що саме за допомогою цього давача в минулому році вченим вдалося зареєструвати найрідкісніший з усіх відомих видів ядерного розпаду.

Давач XENON1T заповнений 3.2 тоннами надчистого охолодженого ксенону, що перебуває в рідкому стані. В активній області давача, за якою спостерігають “очі” високочутливих оптичних детекторів, знаходиться безпосередньо 2 тонни ксенону. Ці оптичні детектори вловлюють навіть найслабші світлові сигнали, породжувані вільними електронами, вибитими з атомів ксенону іншими частками. Більшість зареєстрованих світлових сигналів має відношення до взаємодій атомів ксенону з відомими частинками, і ці сигнали створюють свого роду постійний фон. Саме в цьому фоні, порівнюючи його з теоретичними і практичними значеннями, отриманими в ході інших експериментів, вчені знайшли надлишок сигналів певного роду, 53 зайвих події на тлі очікуваних 232 подій.
Як вже згадувалося вище, деякі параметри подій вказують на те, що їх джерелом можуть бути атоми тритію, крихітна кількість яких так чи інакше зуміла пройти крізь процедуру очищення ксенону для давача. Радіоактивний тритій спонтанно розпадається, випускаючи електрон, енергія якого приблизно відповідає параметрам реєстрованих сигналів. І для того, щоб пояснити надлишок таких подій буде потрібно всього кілька атомів тритію на кожні 10^25 (10,000,000,000,000,000,000,000,000) атомів ксенону. На жаль, в даний час не існує методик вимірювань, за допомогою яких можна або підтвердити, або спростувати наявність такого вкрай малу кількість тритію у ксенон і тому таке пояснення спостережуваного феномена знаходиться під знаком питання.
Все вищесказане відкриває простір для польоту фантазії і можливостей існування інших варіантів пояснень. Більш того, надлишкові сигнали мають енергетичний спектр, подібно спектру, очікуваного від присутності сонячних аксіонів, гіпотетичних частинок, народжених у надрах Сонця. Сонячні аксіони не входять в ряд кандидатів частинок темної матерії, але їх виявлення і вивчення може мати дуже великий вплив на наше розуміння фундаментальної фізики, процесів, задіяних в астрофізичних явищах різних масштабів. При цьому вважається, що аксіони, що виникли в перші періоди існування Всесвіту, згодом стали джерелом темної матерії.

Також джерелом надлишкових сигналів можуть бути частинки нейтрино, трильйони яких проходять кожну секунду через кубічний сантиметр об’єму простору. Якщо магнітний момент частинок нейтрино трохи вищий значення, що визначається Стандартною моделлю фізики елементарних частинок, то такі частинки могли викликати характерні сигнали в давачу XENON1T і вони, паралельно з цим, є вказівкою на існування зовсім нових областей фізики, не вписуються в рамки Стандартної моделі, в рамках фундаментальної фізики.
Параметри надлишкових сигналів мають найбільший рівень збігу з теоретичними сигналами від сонячних аксіонів. Наявна кількість даних про ці події забезпечує статистичну достовірність в 3.5 сігма, означає, що існує вірогідність 2/10000 того, що спостережувані відхилення (надлишок) сигналів носить випадковий характер або є результатом похибки вимірювань. 3.5 сігма – це вже досить високе значення, для того, щоб приймати його всерйоз, а гіпотези щодо тритію і магнітного моменту нейтрино мають більш низьку достовірність, рівну 3.2 сіигма.
В даний час обладнання експерименту XENON1T проходить стадію чергової модернізації, після чого експеримент отримає наступну назву серії XENONnT. Кількість маси ксенону в активній області давача буде збільшено в три рази і у стільки ж разів буде знижений рівень шуму, що виробляється давачем. Все це дозволить вченим отримати більш точні дані щодо відхилень у фоновому сигналі та підняти рівень достовірності даних до потрібних 5 сігма, з упевненістю відповівши на питання, хто ж дійсно є винуватцем – просте забруднення ксенону тритієм, нова частинка або вид взаємодій, що виходить за межі відомої нам фізики?

Джерело

Залишити відповідь

Увійти за допомогою: