Учёные из коллаборации SENSEI опубликовали результаты первого поиска тёмной материи с массой ниже 1 ГэВ на детекторе в подземной лаборатории SNOLAB в Канаде. Эксперимент, проводившийся в течение 7 месяцев с 2022 по 2023 год, использовал ультрачувствительные кремниевые детекторы Skipper CCD для регистрации взаимодействий частиц тёмной материи с электронами.

Детектор SENSEI (Sub-Electron Noise Skipper-CCD experimental instrument) расположен в исследовательском комплексе SNOLAB на глубине более 2 км под землёй в Садбери (Канада). Это местоположение было выбрано для минимизации фонового космического излучения, которое может быть ошибочно воспринято как сигналы тёмной материи.

Детектор SENSEI в SNOLAB. Слева: два модуля ПЗС в медном лотке. В центре: медный корпус ПЗС и лотки, развёрнутые внутри сосуда. Справа: закрытый вакуумный сосуд SENSEI перед установкой внешних экранов. Источник: Prakruth Adari et al

Ключевой особенностью эксперимента является использование детекторов Skipper CCD, способных точно измерять количество электронов в каждом из миллионов пикселей устройства. Это позволяет регистрировать даже слабые взаимодействия частиц тёмной материи с электронами в кремнии, высвобождающие всего 1-10 электронов.

«Основной целью нашей работы был поиск кандидатов в частицы тёмной материи с массой ниже протона, которые мы называем "суб-ГэВной тёмной материей", поскольку масса протона составляет около 1 ГэВ», – пояснил Рувен Эссиг, соавтор исследования.

Результаты эксперимента позволили установить новые ограничения на взаимодействие «суб-ГэВной тёмной материи». Учёные измерили количество событий, зарегистрированных детектором, содержащих один или несколько электронов, что позволило установить пределы на свойства частиц тёмной материи, которые могли бы создавать эти события.

Коллаборация SENSEI планирует дальнейшее повышение чувствительности детектора путём увеличения количества используемых датчиков Skipper CCD и улучшения понимания фоновых событий. «Мы уверены, что можем ещё больше снизить фоновые шумы, а также планируем увеличить количество работающих детекторов. И то, и другое повысит чувствительность нашего детектора к тёмной материи», – отметила Ана Ботти, соавтор исследования.

Работа коллаборации SENSEI продвигает поиски тёмной материи, и способствует развитию новых технологий, которые находят применение в астрономии и квантовой визуализации. Учёные продолжают совершенствовать методы работы с высокочувствительными сенсорами, стремясь максимизировать их потенциал для обнаружения сигналов, связанных с тёмной материей.

Подробнее на iXBT