Краткая история астрономии. Том 11. Темная материя

Глава 11-14-2
«Яркие искры» прольют новый свет на природу темной материи

Февраль 2016

Ученые продвинулись на шаг вперед на пути к обнаружению легких элементарных частиц темной материи, благодаря сверхвысокочувствительному детектору. Две статьи, описывающие эти научные результаты, опубликованы в свежем номере журнала European Physical Journal C.

В новом исследовании ученые европейского научного проекта CRESST-II используют так называемый метод «фононового свечения» для обнаружения темной материи. В своей работе исследователи впервые использовали инновационный детектор с настолько низким порогом срабатывания, что он может обеспечить чувствительность, требуемую для обнаружения прежде не уловимых частиц темной материи.

Экспериментальное обнаружение частиц темной материи напоминает по форме изучение столкновения бильярдных шаров, так как при этом происходит рассеяние частицы темной материи на ядре атома. Этот метод обнаружения частиц темной материи основан на явлении нагрева за счет столкновений кристалла вольфрамата кальция (CaWO4).

Проблема при таком методе исследования состоит в том, что чем легче частица, тем меньше накопленной энергии остается в кристалле после столкновения. Поэтому беспрецедентная чувствительность детектора CRESST-II делает его уникальным инструментом для обнаружения частиц темной материи.

_{Astronews, 2 февраля 2016}

_{http://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=8181}

_{Проект CRESST-II}

Глава 11-14-3
«Радио для темной материи» поможет найти темные фотоны

Октябрь 2017

Группа экспериментаторов из Стэнфордского университета и Национальной ускорительной лаборатории SLAC разработала прототип устройства, предназначенного для детектирования волн темной материи. Это устройство, работающее по принципу радиоприемника, нацелено на поиск частиц темной материи небольшой массы — в первую очередь так называемых темных фотонов и аксионов. О разработке сообщает Symmetry Magazine.

Все существующие детекторы построены в надежде засечь редкое столкновение частицы темной материи с частицей детектора. Но такой подход сработает только если темные частицы имеют достаточно большую массу, и их энергии хватит, чтобы столкновение удалось засечь.

Принцип работы нового устройства, которое авторы называют «радио для темной материи», основан на явлении корпускулярно-волнового дуализма — фундаментального свойства нашего мира, согласно которому все элементарные частицы проявляют также и волновые свойства. Например, фотон является частицей света, но поток фотонов обычно воспринимается как электромагнитная волна — в зависимости от его частоты это может быть свет, СВЧ-излучение, радиосигнал и так далее. Но фотон это все же частица, поскольку попадая на детектор, он всегда вызывает один четкий щелчок, а не нечто «размазанное» в пространстве или времени.

Разработанный прибор будет вести поиски двух конкретных кандидатов в частицы темной материи: темных фотонов и аксионов. Темные фотоны — это гипотетические аналоги привычных нам фотонов, но принадлежащие так называемому темному или скрытому сектору частиц — группе частиц, появляющейся в многочисленных расширениях Стандартной модели элементарных частиц. Аксионы — это также гипотетические частицы из темного сектора, и они могут превращаться в фотоны и обратно в присутствии сильного магнитного поля.

«Радиоприемником» свой прибор авторы называют потому, что принцип его работы похож на принцип работы обычного радио - оно ловит радиоволны при помощи антенны и переводит пойманный сигнал в звук.

Ученые будут медленно перестраивать частоту своего радио, в поисках той частоты, на которой присутствует сильный сигнал темной материи. Поскольку, однако, даже в резонансе сигнал от темной материи ожидается слабым — иначе бы его уже давно засекли — то для увеличения чувствительности детектора используют специальные магнитометры, известные как сверхпроводящие квантово-интерференционные устройства (СКВИД).

В конечном итоге радио будет способно засечь частицы с массой от нескольких ТэВ до нескольких МэВ (эВ — электрон-вольт, единица в которой принято измерять массу элементарных частиц: например, масса электрона около 0,5 МэВ, а масса протона — около 1 ГэВ). Проблема в том, что для этого ему придется работать на частотах от килогерца до гигагерца — то есть в том диапазоне, который активно используется для беспроводной связи.

Одним из преимуществ разработанного устройства по сравнению с другими детекторами заключается в том, что его не надо прятать от космических лучей и зарывать на сотни метров под землю. Местом его размещения станет Стенфордский университет и SLAC.

_{nplus1.ru, 11 октября 2017, Николай Воронцов}

_{https://nplus1.ru/news/2017/10/11/dark-radio}

_{Журнал Symmetry Magazine. 2017}

_{https://www.symmetrymagazine.org/article/a-radio-for-dark-matter}