Инженеры заканчивают сборку детектора темной материи следующего поколения
Темная материя - это таинственная форма материи, которая, как считается, составляет около 85 процентов массы вселенной
Ключевой компонент эксперимента LUX-ZEPLIN готов к герметизации и спуску на глубину почти в 1,5 км под землю, где он будет искать темную материю.
Темная материя — это таинственная форма материи, которая, как считается, составляет около 85 процентов массы вселенной. Однако, поскольку предсказано, что она очень слабо взаимодействует с обычным веществом, она до сих пор не была обнаружена.
LUX-ZEPLIN (LZ) будет самым чувствительным прибором для поиска темной материи из когда-либо созданных. 26 июля исследователи завершили сборку центральной части — жидкостной ксеноновой проекционной камеры (TPC), в подземном исследовательском центре в Сэнфорде, Южная Дакота.
«Этот ксеноновый детектор будет в центре эксперимента с темной материей в LZ», — сказал профессор Энрике Араужо из физического факультета Имперского колледжа в Лондоне, который возглавляет совместную работу LZ в Великобритании и участвует в разработке TPC.
Чтобы собрать TPC, 250 специалистов из 37 учреждений со всего мира собрались вместе, чтобы обеспечить выполнение механических, оптических, электрических, радиологических и других работ.
Производство десятков тысяч компонентов, из которых состоит TPC, началось в 2015 году, а сама сборка прибора началась в декабре 2018 года. На этапе интеграции было затрачено 13 500 часов усилий, значительная часть которых была посвящена поддержанию требуемых сверхчистых условий в лаборатории сборки на поверхностном уровне.
После сборки он будет вставлен в сосуд для криостата — камеру, которая поддерживает низкие температуры — и опустится почти на 1,5 км под землю в заброшенную золотую шахту. Работы планируется начать в середине 2020 года.
Находясь под землей, детектор будет охлажден до -100°C и заполнен десятью тоннами жидкого ксенона. Поскольку ксенон является тяжелым элементом, существует вероятность того, что атомы ксенона будут взаимодействовать с гипотетическими частицами темной материи, называемыми WIMP, — слабо взаимодействующими массивными частицами.
Исследователи полагают, что если WIMP будут взаимодействовать с атомом ксенона, они произведут две вспышки света. Первая появится быстро, когда частица сталкивается с атомом ксенона, который отскакивает через жидкость. Вторая генерируется электронами, стряхнутыми столкновением, которые направляются к верхней части детектора и ускоряются через слой газообразного ксенона над жидкостью.
Хотя эти вспышки были бы незаметны для человеческого глаза, детектор снабжен сотнями фотоумножителей. Эти сверхчувствительные датчики могут усиливать сигнал даже от одного фотона света.
Расположение глубоко под землей защищает эксперимент от слишком большого количества фоновых взаимодействий от процессов, легко обнаруживаемых на поверхности, которые могут скрыть сигнал темной материи, таких как космические лучи, которые воздействуют на Землю из космоса.
«TPC — это очень сложная система, и это большое достижение, когда она полностью собрана. Это делает нас на один важный шаг ближе к возможности поиска темной материи» — говорят исследователи.