- 25,281
- 46
- 8 Ноя 2022
Они охладили установку SuperCDMS до -273,13°C, чтобы наконец поймать темную материю.
Физики в США подвели установку SuperCDMS к рабочей температуре, которая нужна для поиска темной материи . Систему охладили до десятков милликельвинов, то есть до температуры всего на тысячные доли градуса выше абсолютного нуля. После выхода на такой режим удалось включить 24 сверхчувствительных детектора. Для проекта это ключевой этап: теперь установка можно готовить к полноценным измерениям.
Речь идет об эксперименте Super Cryogenic Dark Matter Search, или SuperCDMS. Название переводится как сверхкриогенный поиск темной материи. Главная задача проекта - поймать крайне слабые следы частиц, которые, по расчетам физиков, составляют около 85% всей материи во Вселенной, но до сих пор ни разу не были зарегистрированы напрямую.
Темную материю не удается увидеть обычными телескопами, потому что предполагаемые частицы не излучают свет, не поглощают его и не отражают электромагнитное излучение. Из-за этого астрономы замечают присутствие такой материи только косвенно, по ее гравитационному влиянию на галактики и крупные структуры Вселенной. SuperCDMS относится к другому классу экспериментов. Здесь физики пытаются зафиксировать не косвенный эффект, а редкое столкновение частицы темной материи с атомом внутри детектора.
Для такой задачи нужны очень тихие условия в буквальном физическом смысле. При более высокой температуре атомы в веществе сильнее колеблются, а тепловой шум перекрывает слабые сигналы. Сильное охлаждение убирает большую часть помех и дает шанс заметить крошечный энергетический отклик, который частица темной материи может оставить в кристалле. Именно поэтому SuperCDMS работает при температуре около -273,13 °C. Для сравнения, открытый космос имеет температуру около -270,45 °C, так что рабочая зона установки действительно холоднее межзвездного пространства.
<!--'start_frame_cache_Zg1Ab0'--><div class="banner-detailed"><div class="banner-detailed__shell"><div class="banner-detailed__title">Они читают вашу переписку <span>Читайте хотя бы нас — это бесплатно.</span><div class="banner-detailed__arrow"><svg viewBox="0 0 40 40" fill="none" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg"><path d="M20.5375 34.4392L22.465 31.7392C22.5739 31.5872 22.7145 31.4607 22.8772 31.3684C23.0399 31.2762 23.2207 31.2205 23.407 31.2052C23.5934 31.1898 23.7809 31.2152 23.9564 31.2796C24.132 31.344 24.2915 31.4458 24.4237 31.578L29.6025 36.758C30.0787 37.2333 30.724 37.5002 31.3969 37.5002C32.0697 37.5002 32.715 37.2333 33.1912 36.758L36.7575 33.1917C37.2328 32.7155 37.4998 32.0702 37.4998 31.3973C37.4998 30.7245 37.2328 30.0792 36.7575 29.603L31.5775 24.4242C31.4453 24.2919 31.3435 24.1325 31.2791 23.9569C31.2147 23.7814 31.1893 23.5939 31.2047 23.4075C31.22 23.2211 31.2757 23.0404 31.368 22.8777C31.4602 22.715 31.5867 22.5743 31.7387 22.4655L34.4387 20.538C34.6405 20.3939 34.7965 20.1947 34.8878 19.9641C34.9791 19.7336 35.0018 19.4816 34.9534 19.2385C34.9049 18.9953 34.7873 18.7713 34.6146 18.5934C34.442 18.4155 34.2216 18.2912 33.98 18.2355L13.5112 13.5117L18.235 33.9805C18.2907 34.2221 18.415 34.4425 18.5929 34.6151C18.7708 34.7878 18.9948 34.9054 19.238 34.9539C19.4812 35.0023 19.7331 34.9795 19.9637 34.8882C20.1942 34.7969 20.3934 34.641 20.5375 34.4392Z" fill="#FFD98C"></path><path d="M34.0751 37.6413C33.3582 38.3389 32.3973 38.7293 31.397 38.7293C30.3966 38.7293 29.4358 38.3389 28.7189 37.6413L23.4826 32.4663L21.5539 35.165C21.2699 35.5626 20.8773 35.8698 20.423 36.0497C19.9688 36.2295 19.4723 36.2744 18.9931 36.179C18.514 36.0836 18.0726 35.8518 17.7219 35.5117C17.3713 35.1715 17.1263 34.7373 17.0164 34.2613L12.2926 13.7925C12.2447 13.5858 12.2502 13.3702 12.3086 13.1662C12.367 12.9622 12.4764 12.7764 12.6264 12.6263C12.7765 12.4763 12.9623 12.3669 13.1663 12.3085C13.3703 12.2501 13.5859 12.2446 13.7926 12.2925L34.2614 17.0175C34.7374 17.1271 35.1717 17.3719 35.512 17.7225C35.8523 18.073 36.0841 18.5144 36.1795 18.9935C36.275 19.4726 36.23 19.9691 36.0501 20.4233C35.8701 20.8775 35.5628 21.27 35.1651 21.5538L32.4614 23.54L37.6414 28.7188C38.3498 29.43 38.7476 30.393 38.7476 31.3969C38.7476 32.4008 38.3498 33.3637 37.6414 34.075L34.0751 37.6413ZM35.8751 30.4863L30.6951 25.3075C30.4344 25.047 30.2336 24.7328 30.1068 24.3868C29.9799 24.0407 29.9299 23.6712 29.9604 23.3039C29.9908 22.9366 30.101 22.5804 30.2831 22.26C30.4653 21.9396 30.7151 21.6628 31.0151 21.4488L33.6989 19.4488L15.1851 15.1763L19.5001 33.7275L19.5139 33.7113L21.4414 31.0125C21.6555 30.7124 21.9325 30.4626 22.253 30.2805C22.5735 30.0983 22.9298 29.9882 23.2972 29.9577C23.6646 29.9272 24.0342 29.9772 24.3803 30.1041C24.7264 30.231 25.0407 30.4318 25.3014 30.6925L30.4864 35.875C30.728 36.1163 31.0555 36.2518 31.397 36.2518C31.7385 36.2518 32.066 36.1163 32.3076 35.875L35.8751 32.3075C36.1161 32.0657 36.2514 31.7383 36.2514 31.3969C36.2514 31.0555 36.1161 30.728 35.8751 30.4863ZM8.14636 9.385C7.98292 9.38706 7.82069 9.35675 7.66901 9.29583C7.51733 9.2349 7.37921 9.14455 7.26261 9.03L4.58011 6.3475C4.35242 6.11175 4.22643 5.796 4.22927 5.46825C4.23212 5.1405 4.36358 4.82699 4.59534 4.59523C4.8271 4.36347 5.14062 4.23201 5.46836 4.22916C5.79611 4.22631 6.11186 4.3523 6.34761 4.58L9.03012 7.2625C9.20107 7.43787 9.31674 7.65959 9.36277 7.90013C9.4088 8.14068 9.38315 8.38944 9.28901 8.61553C9.19487 8.84162 9.03639 9.03508 8.83325 9.17188C8.63011 9.30867 8.39126 9.38278 8.14636 9.385ZM17.9726 9.03C17.7362 9.26044 17.419 9.3894 17.0889 9.3894C16.7587 9.3894 16.4416 9.26044 16.2051 9.03C15.9708 8.79559 15.8391 8.47771 15.8391 8.14625C15.8391 7.8148 15.9708 7.49691 16.2051 7.2625L18.8876 4.58C19.0029 4.46061 19.1409 4.36538 19.2934 4.29987C19.4459 4.23436 19.6099 4.19988 19.7759 4.19844C19.9418 4.197 20.1064 4.22862 20.2601 4.29147C20.4137 4.35432 20.5532 4.44714 20.6706 4.56451C20.788 4.68187 20.8808 4.82144 20.9436 4.97506C21.0065 5.12868 21.0381 5.29328 21.0367 5.45925C21.0352 5.62523 21.0008 5.78925 20.9352 5.94176C20.8697 6.09426 20.7745 6.23219 20.6551 6.3475L17.9726 9.03ZM6.34761 20.655C6.11146 20.886 5.79423 21.0154 5.46386 21.0154C5.1335 21.0154 4.81627 20.886 4.58011 20.655C4.34578 20.4206 4.21413 20.1027 4.21413 19.7713C4.21413 19.4398 4.34578 19.1219 4.58011 18.8875L7.26261 16.205C7.37792 16.0856 7.51585 15.9904 7.66836 15.9249C7.82086 15.8594 7.98489 15.8249 8.15086 15.8234C8.31684 15.822 8.48144 15.8536 8.63506 15.9165C8.78868 15.9793 8.92824 16.0721 9.04561 16.1895C9.16297 16.3069 9.25579 16.4464 9.31864 16.6001C9.38149 16.7537 9.41312 16.9183 9.41168 17.0843C9.41024 17.2502 9.37575 17.4143 9.31024 17.5668C9.24473 17.7193 9.1495 17.8572 9.03012 17.9725L6.34761 20.655ZM12.6176 7.54375C12.2861 7.54375 11.9682 7.41205 11.7337 7.17763C11.4993 6.94321 11.3676 6.62527 11.3676 6.29375V2.5C11.3676 2.16848 11.4993 1.85054 11.7337 1.61612C11.9682 1.3817 12.2861 1.25 12.6176 1.25C12.9491 1.25 13.2671 1.3817 13.5015 1.61612C13.7359 1.85054 13.8676 2.16848 13.8676 2.5V6.29375C13.8676 6.62527 13.7359 6.94321 13.5015 7.17763C13.2671 7.41205 12.9491 7.54375 12.6176 7.54375ZM2.50011 11.3675H6.29387C6.62539 11.3675 6.94333 11.4992 7.17775 11.7336C7.41217 11.968 7.54387 12.286 7.54387 12.6175C7.54387 12.949 7.41217 13.267 7.17775 13.5014C6.94333 13.7358 6.62539 13.8675 6.29387 13.8675H2.50011C2.16859 13.8675 1.85065 13.7358 1.61623 13.5014C1.38181 13.267 1.25011 12.949 1.25011 12.6175C1.25011 12.286 1.38181 11.968 1.61623 11.7336C1.85065 11.4992 2.16859 11.3675 2.50011 11.3675Z" fill="#272727"></path></svg> <!--'end_frame_cache_Zg1Ab0'--> В установке используют 24 детектора из сверхчистых кристаллов кремния и германия. Каждый по размеру немного больше хоккейной шайбы. Внутри таких элементов стоят чувствительные датчики, способные уловить очень слабый нагрев или небольшой электрический сигнал. Если гипотетическая частица темной материи столкнется с атомом в кристалле, прибор должен зарегистрировать выделившуюся энергию.
Одна из главных целей SuperCDMS - поиск так называемых WIMP , то есть слабо взаимодействующих массивных частиц. Долгое время такие частицы считались одним из главных кандидатов на роль темной материи. Сейчас список возможных вариантов шире, и установка будет искать не только WIMP-подобные объекты, но и другие формы новой физики, которые могут проявляться в очень малых энергиях.
Эксперимент размещен в лаборатории SNOLAB в Канаде, примерно в 2 км под землей, в действующем никелевом руднике возле Садбери. Глубина здесь нужна не ради удобства и не ради инженерного рекорда. Толща породы защищает установку от космических лучей и другой фоновой радиации, которая могла бы создавать ложные сигналы. Для поиска темной материи такая защита критична, потому что полезные события ожидаются крайне редко.
Одной глубины недостаточно, поэтому вокруг установки собрали дополнительный экран с низким собственным фоном. Защита выполнена в виде цилиндра высотой и шириной около 4 м. Сверхчистый свинец внутри конструкции задерживает гамма-излучение, а полиэтилен высокой плотности ослабляет поток нейтронов. Вся схема нужна для одной цели: максимально сократить число случайных событий, которые могут быть похожи на сигнал от темной материи.
После выхода на базовую температуру эксперимент не переходит сразу к основному сбору данных. Сначала команда займется точной настройкой всех каналов. Физики будут калибровать детекторы, проверять чувствительность, настраивать электронику и смотреть, как система ведет себя в рабочем режиме. Только после такой доводки начнется полноценная серия измерений.
Параллельно исследователи готовят методы обработки будущих данных. В подобных экспериментах прибор не выдает готовый ответ, а регистрирует набор слабых тепловых и электрических откликов. Дальше алгоритмы должны восстановить картину события: определить, где произошло взаимодействие, сколько энергии выделилось и похоже ли случившееся на возможный сигнал темной материи, а не на обычный фон. Для этого команда разработала новые алгоритмы реконструкции, которые должны быстрее отделять редких кандидатов от шумов.
Установка рассчитана прежде всего на поиск легкой темной материи. Под таким выражением обычно понимают частицы с относительно малой массой, которые оставляют еще более слабый след, чем тяжелые кандидаты. Именно поэтому SuperCDMS требует столь низкой температуры и высокой чувствительности. Чем легче частица, тем меньше энергии она передает атому в кристалле, и тем труднее заметить столкновение.
Научная программа проекта не ограничивается одним сценарием. Помимо WIMP-подобных частиц, исследователи собираются проверить диапазоны, где могут проявиться аксионоподобные частицы , темные фотоны и слабо ионизирующие частицы. Все это гипотетические объекты, которые пока не обнаружены, но регулярно появляются в современных моделях за пределами Стандартной модели.
Даже если первые циклы наблюдений не принесут прямого сигнала, SuperCDMS все равно даст важный результат. Установка сможет исследовать области энергий и редкие взаимодействия, которые раньше почти не удавалось измерять. Для фундаментальной физики отрицательный результат тоже важен: он позволяет отсечь часть гипотез и сузить круг моделей, которыми ученые пытаются объяснить природу темной материи.
Физики в США подвели установку SuperCDMS к рабочей температуре, которая нужна для поиска темной материи . Систему охладили до десятков милликельвинов, то есть до температуры всего на тысячные доли градуса выше абсолютного нуля. После выхода на такой режим удалось включить 24 сверхчувствительных детектора. Для проекта это ключевой этап: теперь установка можно готовить к полноценным измерениям.
Речь идет об эксперименте Super Cryogenic Dark Matter Search, или SuperCDMS. Название переводится как сверхкриогенный поиск темной материи. Главная задача проекта - поймать крайне слабые следы частиц, которые, по расчетам физиков, составляют около 85% всей материи во Вселенной, но до сих пор ни разу не были зарегистрированы напрямую.
Темную материю не удается увидеть обычными телескопами, потому что предполагаемые частицы не излучают свет, не поглощают его и не отражают электромагнитное излучение. Из-за этого астрономы замечают присутствие такой материи только косвенно, по ее гравитационному влиянию на галактики и крупные структуры Вселенной. SuperCDMS относится к другому классу экспериментов. Здесь физики пытаются зафиксировать не косвенный эффект, а редкое столкновение частицы темной материи с атомом внутри детектора.
Для такой задачи нужны очень тихие условия в буквальном физическом смысле. При более высокой температуре атомы в веществе сильнее колеблются, а тепловой шум перекрывает слабые сигналы. Сильное охлаждение убирает большую часть помех и дает шанс заметить крошечный энергетический отклик, который частица темной материи может оставить в кристалле. Именно поэтому SuperCDMS работает при температуре около -273,13 °C. Для сравнения, открытый космос имеет температуру около -270,45 °C, так что рабочая зона установки действительно холоднее межзвездного пространства.
<!--'start_frame_cache_Zg1Ab0'--><div class="banner-detailed"><div class="banner-detailed__shell"><div class="banner-detailed__title">Они читают вашу переписку <span>Читайте хотя бы нас — это бесплатно.</span><div class="banner-detailed__arrow"><svg viewBox="0 0 40 40" fill="none" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg"><path d="M20.5375 34.4392L22.465 31.7392C22.5739 31.5872 22.7145 31.4607 22.8772 31.3684C23.0399 31.2762 23.2207 31.2205 23.407 31.2052C23.5934 31.1898 23.7809 31.2152 23.9564 31.2796C24.132 31.344 24.2915 31.4458 24.4237 31.578L29.6025 36.758C30.0787 37.2333 30.724 37.5002 31.3969 37.5002C32.0697 37.5002 32.715 37.2333 33.1912 36.758L36.7575 33.1917C37.2328 32.7155 37.4998 32.0702 37.4998 31.3973C37.4998 30.7245 37.2328 30.0792 36.7575 29.603L31.5775 24.4242C31.4453 24.2919 31.3435 24.1325 31.2791 23.9569C31.2147 23.7814 31.1893 23.5939 31.2047 23.4075C31.22 23.2211 31.2757 23.0404 31.368 22.8777C31.4602 22.715 31.5867 22.5743 31.7387 22.4655L34.4387 20.538C34.6405 20.3939 34.7965 20.1947 34.8878 19.9641C34.9791 19.7336 35.0018 19.4816 34.9534 19.2385C34.9049 18.9953 34.7873 18.7713 34.6146 18.5934C34.442 18.4155 34.2216 18.2912 33.98 18.2355L13.5112 13.5117L18.235 33.9805C18.2907 34.2221 18.415 34.4425 18.5929 34.6151C18.7708 34.7878 18.9948 34.9054 19.238 34.9539C19.4812 35.0023 19.7331 34.9795 19.9637 34.8882C20.1942 34.7969 20.3934 34.641 20.5375 34.4392Z" fill="#FFD98C"></path><path d="M34.0751 37.6413C33.3582 38.3389 32.3973 38.7293 31.397 38.7293C30.3966 38.7293 29.4358 38.3389 28.7189 37.6413L23.4826 32.4663L21.5539 35.165C21.2699 35.5626 20.8773 35.8698 20.423 36.0497C19.9688 36.2295 19.4723 36.2744 18.9931 36.179C18.514 36.0836 18.0726 35.8518 17.7219 35.5117C17.3713 35.1715 17.1263 34.7373 17.0164 34.2613L12.2926 13.7925C12.2447 13.5858 12.2502 13.3702 12.3086 13.1662C12.367 12.9622 12.4764 12.7764 12.6264 12.6263C12.7765 12.4763 12.9623 12.3669 13.1663 12.3085C13.3703 12.2501 13.5859 12.2446 13.7926 12.2925L34.2614 17.0175C34.7374 17.1271 35.1717 17.3719 35.512 17.7225C35.8523 18.073 36.0841 18.5144 36.1795 18.9935C36.275 19.4726 36.23 19.9691 36.0501 20.4233C35.8701 20.8775 35.5628 21.27 35.1651 21.5538L32.4614 23.54L37.6414 28.7188C38.3498 29.43 38.7476 30.393 38.7476 31.3969C38.7476 32.4008 38.3498 33.3637 37.6414 34.075L34.0751 37.6413ZM35.8751 30.4863L30.6951 25.3075C30.4344 25.047 30.2336 24.7328 30.1068 24.3868C29.9799 24.0407 29.9299 23.6712 29.9604 23.3039C29.9908 22.9366 30.101 22.5804 30.2831 22.26C30.4653 21.9396 30.7151 21.6628 31.0151 21.4488L33.6989 19.4488L15.1851 15.1763L19.5001 33.7275L19.5139 33.7113L21.4414 31.0125C21.6555 30.7124 21.9325 30.4626 22.253 30.2805C22.5735 30.0983 22.9298 29.9882 23.2972 29.9577C23.6646 29.9272 24.0342 29.9772 24.3803 30.1041C24.7264 30.231 25.0407 30.4318 25.3014 30.6925L30.4864 35.875C30.728 36.1163 31.0555 36.2518 31.397 36.2518C31.7385 36.2518 32.066 36.1163 32.3076 35.875L35.8751 32.3075C36.1161 32.0657 36.2514 31.7383 36.2514 31.3969C36.2514 31.0555 36.1161 30.728 35.8751 30.4863ZM8.14636 9.385C7.98292 9.38706 7.82069 9.35675 7.66901 9.29583C7.51733 9.2349 7.37921 9.14455 7.26261 9.03L4.58011 6.3475C4.35242 6.11175 4.22643 5.796 4.22927 5.46825C4.23212 5.1405 4.36358 4.82699 4.59534 4.59523C4.8271 4.36347 5.14062 4.23201 5.46836 4.22916C5.79611 4.22631 6.11186 4.3523 6.34761 4.58L9.03012 7.2625C9.20107 7.43787 9.31674 7.65959 9.36277 7.90013C9.4088 8.14068 9.38315 8.38944 9.28901 8.61553C9.19487 8.84162 9.03639 9.03508 8.83325 9.17188C8.63011 9.30867 8.39126 9.38278 8.14636 9.385ZM17.9726 9.03C17.7362 9.26044 17.419 9.3894 17.0889 9.3894C16.7587 9.3894 16.4416 9.26044 16.2051 9.03C15.9708 8.79559 15.8391 8.47771 15.8391 8.14625C15.8391 7.8148 15.9708 7.49691 16.2051 7.2625L18.8876 4.58C19.0029 4.46061 19.1409 4.36538 19.2934 4.29987C19.4459 4.23436 19.6099 4.19988 19.7759 4.19844C19.9418 4.197 20.1064 4.22862 20.2601 4.29147C20.4137 4.35432 20.5532 4.44714 20.6706 4.56451C20.788 4.68187 20.8808 4.82144 20.9436 4.97506C21.0065 5.12868 21.0381 5.29328 21.0367 5.45925C21.0352 5.62523 21.0008 5.78925 20.9352 5.94176C20.8697 6.09426 20.7745 6.23219 20.6551 6.3475L17.9726 9.03ZM6.34761 20.655C6.11146 20.886 5.79423 21.0154 5.46386 21.0154C5.1335 21.0154 4.81627 20.886 4.58011 20.655C4.34578 20.4206 4.21413 20.1027 4.21413 19.7713C4.21413 19.4398 4.34578 19.1219 4.58011 18.8875L7.26261 16.205C7.37792 16.0856 7.51585 15.9904 7.66836 15.9249C7.82086 15.8594 7.98489 15.8249 8.15086 15.8234C8.31684 15.822 8.48144 15.8536 8.63506 15.9165C8.78868 15.9793 8.92824 16.0721 9.04561 16.1895C9.16297 16.3069 9.25579 16.4464 9.31864 16.6001C9.38149 16.7537 9.41312 16.9183 9.41168 17.0843C9.41024 17.2502 9.37575 17.4143 9.31024 17.5668C9.24473 17.7193 9.1495 17.8572 9.03012 17.9725L6.34761 20.655ZM12.6176 7.54375C12.2861 7.54375 11.9682 7.41205 11.7337 7.17763C11.4993 6.94321 11.3676 6.62527 11.3676 6.29375V2.5C11.3676 2.16848 11.4993 1.85054 11.7337 1.61612C11.9682 1.3817 12.2861 1.25 12.6176 1.25C12.9491 1.25 13.2671 1.3817 13.5015 1.61612C13.7359 1.85054 13.8676 2.16848 13.8676 2.5V6.29375C13.8676 6.62527 13.7359 6.94321 13.5015 7.17763C13.2671 7.41205 12.9491 7.54375 12.6176 7.54375ZM2.50011 11.3675H6.29387C6.62539 11.3675 6.94333 11.4992 7.17775 11.7336C7.41217 11.968 7.54387 12.286 7.54387 12.6175C7.54387 12.949 7.41217 13.267 7.17775 13.5014C6.94333 13.7358 6.62539 13.8675 6.29387 13.8675H2.50011C2.16859 13.8675 1.85065 13.7358 1.61623 13.5014C1.38181 13.267 1.25011 12.949 1.25011 12.6175C1.25011 12.286 1.38181 11.968 1.61623 11.7336C1.85065 11.4992 2.16859 11.3675 2.50011 11.3675Z" fill="#272727"></path></svg> <!--'end_frame_cache_Zg1Ab0'--> В установке используют 24 детектора из сверхчистых кристаллов кремния и германия. Каждый по размеру немного больше хоккейной шайбы. Внутри таких элементов стоят чувствительные датчики, способные уловить очень слабый нагрев или небольшой электрический сигнал. Если гипотетическая частица темной материи столкнется с атомом в кристалле, прибор должен зарегистрировать выделившуюся энергию.
Одна из главных целей SuperCDMS - поиск так называемых WIMP , то есть слабо взаимодействующих массивных частиц. Долгое время такие частицы считались одним из главных кандидатов на роль темной материи. Сейчас список возможных вариантов шире, и установка будет искать не только WIMP-подобные объекты, но и другие формы новой физики, которые могут проявляться в очень малых энергиях.
Эксперимент размещен в лаборатории SNOLAB в Канаде, примерно в 2 км под землей, в действующем никелевом руднике возле Садбери. Глубина здесь нужна не ради удобства и не ради инженерного рекорда. Толща породы защищает установку от космических лучей и другой фоновой радиации, которая могла бы создавать ложные сигналы. Для поиска темной материи такая защита критична, потому что полезные события ожидаются крайне редко.
Одной глубины недостаточно, поэтому вокруг установки собрали дополнительный экран с низким собственным фоном. Защита выполнена в виде цилиндра высотой и шириной около 4 м. Сверхчистый свинец внутри конструкции задерживает гамма-излучение, а полиэтилен высокой плотности ослабляет поток нейтронов. Вся схема нужна для одной цели: максимально сократить число случайных событий, которые могут быть похожи на сигнал от темной материи.
После выхода на базовую температуру эксперимент не переходит сразу к основному сбору данных. Сначала команда займется точной настройкой всех каналов. Физики будут калибровать детекторы, проверять чувствительность, настраивать электронику и смотреть, как система ведет себя в рабочем режиме. Только после такой доводки начнется полноценная серия измерений.
Параллельно исследователи готовят методы обработки будущих данных. В подобных экспериментах прибор не выдает готовый ответ, а регистрирует набор слабых тепловых и электрических откликов. Дальше алгоритмы должны восстановить картину события: определить, где произошло взаимодействие, сколько энергии выделилось и похоже ли случившееся на возможный сигнал темной материи, а не на обычный фон. Для этого команда разработала новые алгоритмы реконструкции, которые должны быстрее отделять редких кандидатов от шумов.
Установка рассчитана прежде всего на поиск легкой темной материи. Под таким выражением обычно понимают частицы с относительно малой массой, которые оставляют еще более слабый след, чем тяжелые кандидаты. Именно поэтому SuperCDMS требует столь низкой температуры и высокой чувствительности. Чем легче частица, тем меньше энергии она передает атому в кристалле, и тем труднее заметить столкновение.
Научная программа проекта не ограничивается одним сценарием. Помимо WIMP-подобных частиц, исследователи собираются проверить диапазоны, где могут проявиться аксионоподобные частицы , темные фотоны и слабо ионизирующие частицы. Все это гипотетические объекты, которые пока не обнаружены, но регулярно появляются в современных моделях за пределами Стандартной модели.
Даже если первые циклы наблюдений не принесут прямого сигнала, SuperCDMS все равно даст важный результат. Установка сможет исследовать области энергий и редкие взаимодействия, которые раньше почти не удавалось измерять. Для фундаментальной физики отрицательный результат тоже важен: он позволяет отсечь часть гипотез и сузить круг моделей, которыми ученые пытаются объяснить природу темной материи.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
