Учёные из международной коллаборации TESSERACT представили результаты работы нового сверхчувствительного детектора, способного искать тёмную материю в ранее недоступном диапазоне масс. Несмотря на то, что устройство находится на стадии разработки, оно уже достигло уникальных результатов в поиске лёгкой тёмной материи.

Исторически большинство экспериментов по поиску тёмной материи были нацелены на обнаружение двух типов частиц: сверхлёгких аксионов и более тяжёлых WIMP (слабо взаимодействующих массивных частиц). Новый эксперимент TESSERACT исследует промежуточную область, где могут находиться частицы тёмной материи в сто-тысячу раз легче WIMP.

Мэгги Рид, аспирант-исследователь Калифорнийского университета в Беркли, работает с рефрижератором TESSERACT. Установка удерживает и охлаждает детекторы темной материи. Источник: Marilyn Sargent / Berkeley Lab

В статье исследователи представили первые результаты поиска тёмной материи в диапазоне масс от 44 до 87 МэВ/c² (МэВ – миллионы электронвольт). Для сравнения, масса протона составляет около 1000 МэВ/c², а самый современный эксперимент LZ искал частицы тёмной материи массой до 9000 МэВ/c². TESSERACT стал первым экспериментом, исследовавшим сигналы тёмной материи с массой ниже 87 МэВ/c².

В отличие от других экспериментов, использующих огромные объёмы детекторного материала или гигантские магниты, мощь TESSERACT заключается в его чувствительности. Прорывные результаты были получены с помощью тщательно экранированных кремниевых чипов площадью всего один квадратный сантиметр, разработанных в Калифорнийском университете в Беркли и изготовленных в Техасском университете A&M.

TESSERACT использует переходные датчики на краю сверхпроводимости, работающие при температуре почти -273°C. Даже минимальное количество тепла, выделяемое при столкновении лёгкой частицы тёмной материи с чипом, может активировать датчик.

К 2029 году планируется установить полномасштабный эксперимент в подземной лаборатории Модан во Франции на глубине 1700 метров. Это позволит искать частицы тёмной материи с массами до 10 МэВ/c². Исследователи также разрабатывают дополнительные детекторные модули: HeRALD с использованием сверхтекучего гелия и SPICE на основе кристаллов сапфира и арсенида галлия.

Подробнее на iXBT