Краткая история астрономии. Том 11. Темная материя - Владимир Анатольевич Моисеев

Коллаборация DarkSide

               Коллаборация DarkSide — это международное объединение университетов и лабораторий, стремящееся напрямую обнаруживать темную материю в форме слабовзаимодействующих массивных частиц (WIMP). Сотрудничество занимается планированием, строительством и эксплуатацией серии камер проекции времени с жидким аргоном (TPC), которые используются в Национальной лаборатории Гран-Сассо в Ассержи, Италия. Детекторы заполнены жидким аргоном из подземных источников для исключения радиоактивного изотопа 39. Ar, который составляет один из каждых 1015 (квадриллионов) атомов атмосферного аргона.

               Прототип Darkside-10 (DS-10) был испытан в 2012 году, а эксперимент Darkside-50 (DS-50) проводится с 2013 года. Darkside-20k (DS-20k) с 20 тоннами жидкого аргона планируется 2019 года.

               Прототип детектора Darkside-10 содержал 10 кг жидкого аргона. Он был построен в Принстонском университете и проработал там семь месяцев, после чего в 2011 году был перевезен в Национальную лабораторию Гран-Сассо. Детектор работал в Гран-Сассо в 2011-2012 годах.

Рис. DarkSide 50

               Dарксайд-50 имеет массу мишени из аргона 46 кг. Планируется трехлетний период и предлагается расширение в тоннах. Первоначальные результаты за месяц бега были опубликованы в 2014 году. Независимые от спина пределы были установлены с использованием 1422 кг×дней воздействия атмосферного аргона. Был найден предел сечения 6,1×10-44 см2 для вимпа мощностью 100 Гэв.

Часть

Поиски WIMP

Содержание

(том – часть – глава)

11-12-1. Недавние поиски частиц темной материи закончились неудачей

11-12-2. В фоновом гамма-излучении Вселенной не обнаружено признаков темной материи

11-12-3. «Созвездие» спутников GPS превратили в детектор темной материи

11-12-4. «Хаббл» поставил под сомнение теорию холодной темной материи

11-12-5. Физик объяснил неудачи при регистрации темной материи отталкиванием

11-12-6. Физики заподозрили земную кору в «ослеплении» детекторов темной материи

11-12-7. Новый детектор не подтверждает наличия темной материи

11-12-8. Темная материя существует: Наблюдения не подтверждают альтернативные гипотезы

11-12-9. Физики предложили схему универсального алмазного детектора темной материи

11-12-10. Физики использовали все еще живых людей в качестве детектора темной материи

11-12-11. Ускоритель темной материи облегчит ее поиски

11-12-12. Новые поиски темной материи предложили вести на старых детекторах

11-12-13. Новая модель показывает, как выглядела бы темная материя, если бы была видимой

11-12-14. Новые данные показывают, что модели темной материи расходятся с наблюдениями

11-12-15 Темную материю предложили детектировать с помощью маятников

Глава 11-12-1

Недавние поиски частиц темной материи закончились неудачей

Июль 2016

               Ученые в минувший четверг сообщили о завершении продолжавшихся в течение 20 месяцев поисков ВИМПов (WIMPs, weakly interacting massive particles), слабо взаимодействующих массивных частиц, главных кандидатов на роль частиц темной материи. Эти поиски проходили на территории заброшенной золотой шахты под более чем километровым слоем горных пород в местечке Блэк Хилз, штат Южная Дакота, США, в Сэнфордской подземной лаборатории.

               Использованный в этой работе детектор ВИМПов состоял из резервуара с охлажденным жидким ксеноном, который был окружен сенсорами, способными измерять яркость крохотных вспышек света, вызываемых столкновениями частиц темной материи с атомами ксенона.

               Для защиты от космических лучей резервуар с ксеноном был погружен в емкость, наполненную 18 кубометрами воды сверхвысокой очистки.

               Ученые смоделировали, как будет выглядеть столкновение ВИМПа с атомом ксенона, а также проверили срабатывание детектора на потоки нейтронов и частиц радиоактивных газов.

               Хотя эксперимент Large Underground Xenon, или LUX, оказался в четыре раза чувствительнее, чем ожидалось, однако он не зафиксировал ни одной частицы темной материи, сообщили ученые в четверг на конференции, проходившей в г. Шеффилд, Соединенное Королевство.

               Частица темной материи является краеугольным камнем теории, позволяющей объяснить так называемую «недостающую массу» Вселенной.

astronews.ru, 21 июля 2016

Глава 11-12-2

В фоновом гамма-излучении Вселенной не обнаружено признаков темной материи

Декабрь 2016

Исследователи из Амстердамского университета, Нидерланды, опубликовали самый подробный на сегодняшний день анализ флуктуаций фонового гамма-излучения Вселенной. Используя наблюдательный материал, собранный при помощи инструмента Large Area Telescope космической обсерватории НАСА «Ферми», исследователи смогли обнаружить два различных типа источников, вносящих вклад в суммарное фоновое свечение Вселенной в самом высокоэнергетическом диапазоне электромагнитного спектра. Никаких следов, указывающих на присутствие частиц темной материи при этом обнаружено не было. Работа увидела свет в журнале Physical Review D.

               Самыми яркими точечными космическими источниками, излучающими в гамма-диапазоне, являются блазары, представляющие собой сверхмассивные черные дыры, расположенные в центрах далеких галактик. Кроме того, в меньших количествах гамма-лучи испускают нейтронные звезды определенного класса, называемые пульсарами, и гигантские звездные взрывы – сверхновые. Однако помимо этих различимых точечных источников зафиксировано фоновое гамма-излучение Вселенной, на долю которого приходится 75 процентов всего внегалактического гамма-излучения, принимаемого существующими детекторами. Источник этого так называемого изотропного излучения до сих пор не был точно установлен учеными. Основными источниками этого таинственного диффузного гамма-излучения могут являться блазары, слишком тусклые для обнаружения при помощи обсерватории «Ферми», или другие тусклые источники, считают некоторые исследователи. Другие исследователи предполагают, что вклад в формирование этого фона могут вносить частицы темной материи, гипотетически способные аннигилировать с высвобождением гамма-фотона.

               В своей новой работе доктор Маттиа Форнаса (Mattia Fornasa) из Амстердамского университета и ее коллеги показывают, что фоновое гамма-излучение Вселенной объясняется источниками двух различных типов: высокоэнергетических (> 1 ГэВ) и низкоэнергетических (< 1 ГэВ) источников. К высокоэнергетическим источникам, вносящим вклад в это фоновое излучение, авторы статьи на основании результатов своего анализа с уверенностью относят тусклые блазары, однако с низкоэнергетическими источниками ситуация представляется более сложной, и высказать однозначную версию об их происхождении исследователи пока не решаются. Однако, как отмечает команда, никаких аномалий, указывающих на фотоны, исходящие от частиц темной материи, в фоновом гамма-излучении Вселенной в ходе этого исследования зафиксировано не было.

astronews.ru, 20декабря 2016

Журнал Physical Review D. 2016

Маттиа Форнаса (Mattia Fornasa) из Амстердамского университета

Глава 11-12-3

 «Созвездие» спутников GPS превратили в детектор темной материи

Май 2017

Физики из США и Канады, воспользовались для поиска сгустков темной материи созвездием из 31 спутника GPS, превратив его, по сути, в гигантский 50000-километровый детектор. Ключевым для работы детектора стали высокоточные атомные часы, находящиеся на борту спутников. Ученым не удалось найти признаков сгустков, что позволило оценить интенсивность взаимодействия темной материи