Эксперимент NEON делится результатами поиска темной материи

Обнаружение темной материи, неуловимого типа материи, которая, как предсказывается, составляет большую часть массы Вселенной, до сих пор является очень сложной задачей. Хотя физики пока не смогли определить, из чего именно состоит эта материя, различные крупномасштабные эксперименты по всему миру пытались обнаружить теоретические частицы темной материи.

Одним из таких кандидатов является так называемая легкая темная материя (LDM), частицы WIMP с малыми массами ниже нескольких гигаэлектронвольт (ГэВ/c² ). Теории предполагают, что эти частицы могут слабо взаимодействовать с обычной материей, однако слабость этих взаимодействий может затруднить их обнаружение.

Коллаборация NEON (Neutrino Elastic Scattering Observation with Nal), группа исследователей, анализирующих данные, собранные детектором NEON на ядерном реакторе Ханбит в Южной Корее, опубликовала результаты своего первого прямого поиска LDM.

Их работа устанавливает новые ограничения на свойства этого ключевого кандидата на темную материю, которые могут помочь в будущих усилиях по ее обнаружению.

Одной из главных целей эксперимента NEON является поиск LDM путем изучения ее взаимодействия с электронами. Первый запуск эксперимента был направлен на поиск частиц с массой в диапазоне от 1 кэВ/c² до 1 МэВ/ c² .

«Это была неизведанная область для прямых поисков темной материи, и мы стремились раздвинуть границы того, чего можно достичь с помощью экспериментов на основе реакторов», — говорят ученые.

Для поиска LDM коллаборация NEON использует высокочувствительный детектор, расположенный вблизи ядерного реактора Ханбит в Южной Корее (Hanbit nuclear reactor). Этот детектор может улавливать крошечные сигналы, которые могут быть связаны с взаимодействием частиц LDM и электронов.

Ядерный реактор производит высокоэнергетические фотоны, которые потенциально могут преобразовываться в темные фотоны, гипотетические частицы, которые, как ожидается, будут слабо взаимодействовать с обычной материей. Эти темные фотоны, которые теоретически смешиваются с обычными фотонами (т. е. легкими частицами), могут распадаться на LDM. Примечательно, что для обнаружения взаимодействий LDM требуется высокочувствительный детектор, способный улавливать эти неуловимые сигналы.

«Наш детектор, защищенный современными материалами для снижения фонового шума, предназначен для улавливания этих редких взаимодействий», — говорят исследователи.

«В нашей работе мы проанализировали данные, собранные детектором за 1,2 года, и установили новые пределы того, насколько сильно легкая темная материя может взаимодействовать с электронами. Для частиц темной материи с массой около 100 кэВ/с² мы улучшили предыдущие пределы в 1000 раз и впервые установили ограничения на массы ниже этого диапазона».

По сравнению с предыдущими поисками LDM, эксперимент NEON исследует новые и неизведанные диапазоны масс для этих частиц, которые ранее были недоступны. Хотя ученые не получили никаких сигналов, которые могли бы быть связаны с взаимодействиями между частицами LDM и электронами, они смогли уточнить существующие ограничения на свойства этих гипотетических частиц, особенно для масс ниже 100 кэВ/c ².

«Мы стремимся еще больше снизить энергетический порог нашего анализа, что позволит нам исследовать более легкие частицы темной материи с еще более слабыми силами взаимодействия», — говорят исследователи.

«Кроме того, мы изучаем способы улучшения экранирования и шумоподавления, чтобы повысить надежность результатов. Наша долгосрочная цель — объединить наши выводы с другими экспериментальными и теоретическими усилиями по изучению темной материи, чтобы построить всестороннее понимание этого неуловимого компонента Вселенной».