Бозон Хиггса, темная энергия и темная материя являются одними из множества вещей во Вселенной, на существование которых указывают различные косвенные факторы, но которые очень трудно обнаружить практически. И сейчас международная группа ученых собирается проверить факт существования темной материи, одного из самых неуловимых компонентов, на долю которого приходится чуть более 84 процентов от всей материи Вселенной, а делаться это будет при помощи высокочувствительного датчика эксперимента DarkSide-50, который располагается в недрах горы Gran Sasso в Италии.

Проект DarkSide-50 является международным проектом, который реализуется при участии итальянских, французских, польских, украинских, российских, китайских научных учреждений и 17 американских университетов.

Сотрудники рабочей группы уже почти закончили монтаж оборудования датчика DarkSide-50 в недрах горы Gran Sasso, доступ к которому осуществляется из 9.6-километрового автомобильного туннеля, проходящего через эту гору.

Рис. 1.

Основной детектор датчика DarkSide-50 содержит 38 литров чистейшего жидкого аргона, который охлажден до температуры –186 градусов по шкале Цельсия. В активной части датчика, имеющей тефлоновое покрытие, содержится 50 кг аргона, и это значение дает цифру 50 в названии эксперимента. Вершину и основание датчика покрывают ряды высокочувствительных фотодатчиков, а при помощи медных катушек создается магнитное поле, которое позволит детектировать свободные электроны и определить точное пространственное положение места столкновения частицы темной материи с частицей обычной материи.

Члены исследовательской группы эксперимента DarkSide-50, также как множество ученых из разных стран мира, считают, что главным кандидатом на звание темной материи являются WIMP-частицы (weakly interacting massive particle).

Эти частицы, несмотря на их относительно большую массу, практически не взаимодействуют с обычной материей, точнее, взаимодействуют крайне редко, и именно на обнаружение такого редкого случая, как столкновение WIMP-частицы с ядром атома аргона нацелились ученые.

Столкновение WIMP-частицы с ядром аргона будет сопровождаться короткой и слабой вспышкой света, который будет улавливаться высокочувствительными фотодатчиками. Измерение параметров фотонов света позволит ученым отделить истинные столкновения WIMP-частиц с атомами от второстепенных событий.

Более того, для дополнительной фильтрации второстепенных событий датчик DarkSide-50 заключен в стальную сферу, заполненную 26500 литрами специальной сцинтиллирующей жидкости, а сама сфера установлена на сваях в центре большого цилиндрического блока, заполненного 946 тысячами литрами сверхчистой воды.

Этот набор препятствий позволит исследователям оградить датчик от нейтронов и мюонов космических лучей и от прочих видов излучения, источником которых являются даже строительные материалы, использованные при создании подземной лаборатории.

Рис. 2.

Процесс заполнения емкостей датчика DarkSide-50 был закончен летом 2013 года. Тесты и проверки всех систем эксперимента были произведены в течение осени 2013 года, после чего члены научной группы приступили к непосредственному сбору данных.

А позже в этом году ученые планируют увеличить чувствительность датчика DarkSide-50, осуществив замену аргона, полученного из воздуха, более чистым аргоном, добытым в подземном месторождении в Колорадо.

В настоящее время датчик эксперимента DarkSide-50 является одним из нескольких десятков датчиков, разбросанных по всему миру, при помощи которых ведется охота на темную материю. Такое количество экспериментов обязательно должно перерасти в качество, что позволяет ученым надеяться на то, что неуловимые частицы темной материи будут обнаружены в ближайшем десятилетии. А

ученые эксперимента DarkSide-50 уже начали вынашивать планы его расширения, новый датчик будет содержать не 50 килограмм, и сразу 3 тонны жидкого аргона, что позволит увеличить в несколько раз вероятность обнаружения WIMP-частиц с атомами аргона.