Находящееся на глубине одной мили (приблизительно 1.6 километра) в одном из заброшенных золотых рудников в Южной Дакоте, США, оборудование научного эксперимента Large Underground Xenon (LUX) в течение 20 месяцев проводило поиски частиц неуловимой темной материи. В настоящее время этот поиск закончен и, к сожалению, ученым не удалось зарегистрировать какие-либо события, связанные с частицами темной материи. Тем не менее, отрицательный результат все же является важным шагом, который определит направление, в котором будут двигаться последующие попытки поиска частиц темной материи.

Наблюдения за тем, как свет, проходя в космосе через огромные расстояния, преломляется под воздействием неизвестного фактора, вынудили ученых выдвинуть предположение о существовании темной материи. Эта субстанция получила такое название из-за того, что оно не взаимодействует ни с какими электромагнитными волнами, электрическими и магнитными полями, что делает невозможным ее прямое обнаружение. Единственным проявлением этой субстанции, на долю которой приходится более 80 процентов массы Вселенной, является ее гравитационное влияние на все окружающее.

Основная теория, которая предположительно описывает природу темной материи, стоит на понятии WIMP-частиц (weakly interacting massive particles). Эти частицы очень слабо взаимодействуют с частицами обычной материи, и для их поиска ученым требовалось место, максимально изолированное от любых внешних вмешательств, в котором и были размещены сверхчувствительные научные инструменты.

Детектор LUX является инструментом, способным уловить и измерить параметры очень слабых вспышек света и электрических полей, возникающих в момент, когда частица темной материи сталкивается с частицей обычной материи, атомом охлажденного и сжиженного ксенона в данном случае. Для защиты от космических лучей и остального излучения, датчик защищен милей камня вверху и погружен в бассейн с чистой водой, объемом 280 кубических метров.



20-месячные поиски частиц темной материи стартовали в октябре 2014 года и закончились в мае прошлого года. Как показали экспериментальные данные, датчик LUX обеспечил чувствительность, в четыре раза превышающую расчетное значение. Это было достигнуто путем принятия ряда дополнительных мер по защите датчика и его высокоточной калибровке, которая включала компенсацию изменений статического электрического заряда, компенсацию воздействия внешнего излучения. Помимо этого, в процессе калибровки роль частиц темной материи играли нейтроны, сигналы от которых, согласно расчетам, должны были быть максимально приближены к сигналам от WIMP-частиц.

Однако, все полученные экспериментом данные находились на уровне фоновых шумов, другими словами, эксперименту не удалось обнаружить ни одной частицы темной материи. Отрицательный результат - это совсем не то, что рассчитывали получить ученые, но высокая чувствительность использованного оборудования позволяет им с уверенностью сказать, что частицы темной материи находятся в другом диапазоне массы и энергии, или демонстрируют несколько иные виды взаимодействий, нежели те диапазоны, которые были охвачены оборудованием эксперимента.

Отрицательный результат так же не служит опровержением модели WIMP-частиц, его данные просто исключают несколько других потенциальных моделей и указывают направление ведения последующих поисков при помощи датчиков следующего поколения. Хотя существует еще одно предположение о том, что уровень эффектов взаимодействия WIMP-частиц с частицами обычной материи просто находится ниже предела чувствительности датчика LUX. Ученые, работающие в рамах эксперимента LUX, еще минимум несколько месяцев будут заниматься обработкой и анализом всех собранных данных, в которых все же может обнаружится нечто интересное и которые могут быть использованы в деле планирования очередных экспериментов.

А очередным экспериментом в этом направлении станет датчик LUX-ZEPLIN, который начнет работу к концу текущего десятилетия. Согласно имеющимся данным, новый датчик будет иметь чувствительность, в 70 раз превышающую чувствительность датчика LUX. А тем временем, ученые CERN, работающие на Большом Адронном Коллайдере, готовят к публикации результаты своих собственных исследований касающихся частиц темной материи, и эти результаты будут обнародованы через пару недель.