Ученые предлагают применять крупные нейтринные детекторы для поиска частиц темной материи с массой ниже одного гигаэлектронвольта. Однако существуют определенные нюансы.
JUNO (Цзянмэньская подземная нейтринная обсерватория) и другие детекторы традиционно настроены на регистрацию нейтрино — легких частиц, которые очень слабо взаимодействуют с материей.
Тем не менее, команда исследователей из Национальной ускорительной лаборатории США и государственного университета штата Огайо продемонстрировала, что детекторы могут быть перенастроены для поиска «легкой» темной материи — частиц с массами ниже одного гигаэлектронвольта. Работа была опубликована в журнале Physical Review Letters.
Суть предложения заключается не в регистрации отдельных столкновений компонентов темной материи с атомами барионной материи — такие события практически неотличимы от фонового шума. Вместо этого ученые предлагают анализировать статистические отклонения (annual modulation) в общем уровне сигнала фотоусилителей внутри детектора.
Преимущества поиска легкой темной материи в нейтринных детекторах:
- Станции Borexino, SNO+ и JUNO — это огромные объемы жидкого сцинтиллятора, что обеспечивает значительное «цельное» пространство для потенциальных рассеяний;
- Сцинтиллятор имеет исключительно низкий порог возбуждения электронов, что делает его максимально чувствительным к регистрации слабых суб-GeV столкновений;
- В определенном диапазоне масс предложенный метод может потенциально превосходить существующие (и пока малоэффективные) прямые методы обнаружения темной материи.
Авторы исследования рассчитали, что при годовом анализе данных JUNO сможет достичь чувствительности на уровне перекрестного сечения взаимодействия «темная материя — электрон» примерно 10⁻³⁹ см² для частиц с массой в MeV диапазоне.
Перспективы и сложности
Предложенный подход может открыть новую страницу в поисках темной материи. Если удастся подтвердить сигналы, это может стать первым экспериментальным успехом в обнаружении легких DM-частиц.
