Физики всё ближе подходят к разрешению одной из самых значительных загадок космоса — природы темной материи, которая составляет примерно 80% всей массы Вселенной, но продолжает ускользать от традиционных методов наблюдения.
Новые данные международной группы ученых, работающих над экспериментом с интересным названием QROCODILE (Quantum Resolution-Optimized Cryogenic Observatory for Dark matter Incident at Low Energy), открывают совершенно новую главу в этих поисках.
Проект, который курируют Университет Цюриха и Еврейский университет в Иерусалиме с участием MIT, Корнельского университета и Института технологии в Карлсруэ, впервые достиг беспрецедентной чувствительности в попытке уловить «легкие» частицы темной материи. Если ранее эксперименты были сосредоточены на тяжелых гипотетических частицах, то QROCODILE нацелен на поиски значительно более легких частиц, масса которых в тысячи раз меньше ранее изучавшихся.
Ключ к успеху заключается в использовании сверхпроводящих детекторов, охлажденных практически до абсолютного нуля температур. Эти устройства способны фиксировать энергию взаимодействий всего в 0,11 электронвольта, что в миллионы раз меньше, чем обычные энергии частиц в ускорителях. Такой уровень позволяет захватывать самые слабые намеки на существование необычных частиц, которые ранее были фактически недоступны для наблюдения и изучения.
В течение 400 часов работы системы исследователи зафиксировали несколько неожиданных сигналов. Пока их нельзя считать доказательством существования темной материи — вполне возможно, что это лишь следы космических лучей или естественного радиоактивного фона Земли. Однако даже эти данные уже позволяют установить новые ограничения на то, как легкие частицы темной материи могут взаимодействовать с электронами и атомными ядрами.
Еще одной особенностью QROCODILE является то, что его будущие версии смогут определять направление поступивших сигналов. Поскольку Земля движется через галактическое «облако» темной материи, ученые ожидают ее потока из определенной стороны космоса. Отделив такие «предпочтительные» сигналы от случайного шума, можно будет приблизиться к долгожданному прямому обнаружению неуловимых частиц.
Следующий этап проекта, который уже получил название NILE QROCODILE, продемонстрирует беспрецедентный уровень чувствительности, для чего ученые планируют перенести установки в подземные лаборатории и еще больше снизить их энергетический порог. Это позволит полностью отсеять помехи от космического излучения и повысить надежность данных. Ученые надеются, что именно такие эксперименты помогут наконец зафиксировать следы неуловимой материи, без которой невозможно объяснить устройство Вселенной.
Фото: hi-tech.mail.ru