В США начинается один из самых чувствительных экспериментов с темной материей
Министерство энергетики США утвердило финансирование и начало строительства эксперимента SuperCDMS SNOLAB, который начнет работу в начале 2020-х годов, чтобы охотиться за гипотетическими частицами темной материи, называемыми слабо взаимодействующими массивными частицами или WIMP.
Эксперимент будет, по крайней мере, в 50 раз более чувствительным, чем его предшественник, исследуя свойства WIMP, которые нельзя исследовать другими экспериментами, и дать исследователям мощный новый инструмент для понимания одной из самых больших тайн современной физики.
Отметим, что работы по созданию эксперимента SuperCDMS SNOLAB ведутся под руководством специалистов лаборатории SLAC. А всего в этом проекте сейчас задействовано 111 специалистов из различных научных учреждений со всего мира.
Датчики эксперимента SuperCDMS будут иметь область максимальной чувствительности в диапазоне масс-энергий самых легких WIMP-частиц, масса которых будет равна от одной десятой до десяти масс протона. Датчики будут изготовлены из кремния и кристаллов германия. Столкновения WIMP-частиц с атомами вызовут мельчайшие колебания кристаллической решетки материала. Однако, для того, чтобы иметь возможность уловить и измерить эти колебания датчики будут охлаждены практически до температуры, равной температуре абсолютного нуля. Столь “холодные” условия и дают эксперименту его название – Cryogenic Dark Matter Search или CDMS, а приставка “Super” указывает на повышенную чувствительность оборудования.
Если WIMP (белый след) ударяет по атому внутри кристаллов детектора эксперимента (серый), это приведет к вибрации кристаллической решетки (синий). Столкновение также будет посылать электроны (красные) через кристалл, которые усиливают вибрации
Столкновения WIMP-частиц с атомами приведут еще к образованию свободных электронов и электронных дырок, способных перемещаться внутри кристалла, что приведет к дополнительному увеличению амплитуды искомых колебаний. А измеряться все это будет электроникой, также охлаждаемой до криогенных температур во избежание влияния собственных тепловых шумов.
Оборудование эксперимента будет смонтировано в канадской лаборатории SNOLAB, расположенной на глубине более двух километров в помещении бывшей никелевой шахты неподалеку от Садбери. Лаборатория SNOLAB является самой глубокой лабораторией в Северной Америке, находящееся там оборудование будет надежно защищено от влияния космической радиации и других электромагнитных сигналов, в том числе и искусственного происхождения.
Центральным элементом эксперимента SuperCDMS SNOLAB будет четыре детектора (слева), каждый из которых содержит шесть детекторных блоков. Башни будут установлены внутри SNOBOX (справа), сосуда, в котором пакеты детекторов будут охлаждаться до почти абсолютной нулевой температуры
В течение нескольких прошедших месяцев специалисты лаборатории SLAC занимались тестирование опытного образца датчика WIMP-частиц. А сейчас уже начаты работы по созданию шести кристаллических элементов, каждый размером с большую хоккейную шайбу, которые предназначены для первого реального датчика. И этот первый датчик будет отправлен в Канаду уже в конце текущего года.
И в заключение следует заметить, что эксперимент SuperCDMS SNOLAB, по всей видимости, станет самым чувствительным и последним по счету в череде подобных экспериментов. А предыдущий эксперимент из этой серии, располагавшийся в шахте Soudan Mine в Миннесоте, закончил свою работу в 2015 году.
