Как ищут темную материю

Сенсация или ошибка?

Впрочем, «просто» — это не совсем то слово в применении к детекторам вимпов. Это не очень просто и очень дорого. Один из таких детекторов под незамысловатым названием Xenon был установлен в подземной итальянской лаборатории Гран-Сассо. К сегодняшнему дню он был дважды модифицирован и носит теперь имя Xenon1T. Он самым тщательным образом очищается от примесей, способных приводить к сигналам, похожим на сигналы от темной материи. Например, от одного из типичных загрязнителей — радиоактивного изотопа криптона-85. Его содержание в коммерческом ксеноне составляет всего лишь несколько частей на миллион, однако при поиске вимпов это несусветная грязь. Поэтому начиная со второй модификации установки — Xenon100 — физики дополнительно очищают ксенон, уменьшая концентрацию загрязнителя до сотен частей на триллион.

И включив детектор, они, конечно, сказали заветное «вот-вот». В ходе первой же стодневной сессии наблюдений ученые зарегистрировали целых три импульса, очень похожих на сигналы от пролетающих вимпов. Они сами себе не верили, хотя, наверное, очень хотелось верить, но шел 2011 год, уже отмеченный сильным проколом: физики обнаружили, что нейтрино, прилетающие к ним из ЦЕРН в ходе другого эксперимента, летят со скоростью, превышающей скорость света. Ученые, проверив, казалось, все, что только можно проверить, обратились к научному сообществу с просьбой посмотреть, что идет не так. Коллеги посмотрели и не смогли найти ошибок, сказав, однако, что этого не может быть, потому что этого не может быть никогда. Так оно и вышло: прокол, как выяснилось, заключался всего лишь в одном разъеме с плохим контактом, который трудно было заметить.

И вот теперь под грузом такого фиаско ученые опять встали перед выбором. Если это вимпы, то это гарантированная Нобелевская премия, причем немедленная. А если нет? Второй раз позориться не хотелось, и они принялись проверять и перепроверять. В результате оказалось, что два из трех сигналов вполне могут быть паразитными сигналами от фоновых атомов-загрязнителей, от которых до конца так избавиться и не удалось. А оставшийся сигнал совсем уже ни в какую статистику не попадал, так что о нем самое лучшее было бы забыть и больше не вспоминать.

Детектор увидел «ничего»

Очередное «вот-вот» прозвучало, когда представители коллаборации, работающей на самом сегодня чувствительном детекторе темной материи LUX (Large Underground Xenon), что расположен в заброшенной золоторудной шахте в штате Южная Дакота, заявили, что сменили калибровки детектора. После этого у них появилась граничащая с уверенностью надежда, что долгожданное«вот-вот» наконец сбудется. Детектор LUX, который с самого первого дня своего существования был намного чувствительнее итальянского, в два раза чувствительнее по отношению к тяжелым вимпам и в 20 раз чувствительнее к легким.

За первую 300-дневную сессию наблюдений, начавшуюся летом 2012 года и закончившуюся в апреле 2013-го, LUX не увидел ничего даже там, где хотя бы из вежливости мог что-нибудь разглядеть. Как заявил член коллаборации LUX Дэниел Маккинси из Йельского университета, «мы ничего не увидели, но мы увидели это» ничего«лучше, чем кто-либо до нас».

В результате этого «ничего» было напрочь отброшено сразу несколько многообещающих версий, особенно в отношении«легких» вимпов. Что не прибавило коллаборации сочувствующих из числа тех, чьи версии отверг LUX. Коллеги набросились на них с целой кучей упреков в неумении правильно ставить эксперимент — реакция вполне стандартная и ожидаемая.

Насчет массы вимпов — если они вообще существуют — физикам не известно решительно ничего. Сейчас поиск ведется в диапазоне масс от 1 до 100 ГэВ (масса протона составляет около 1 ГэВ). Многие ученые мечтают о вимпах с массой в сто протонов, поскольку частицы именно с такой массой предсказаны суперсимметричной теорией, которая на самом деле теорией еще не стала, а представляет всего лишь очень красивую, но умозрительную модель и которой многие прочат судьбу преемницы стандартной модели. Это был бы настоящий подарок для сторонников суперсимметрии, особенно сейчас, когда эксперимент на Большом адронном коллайдере до сих пор не зарегистрировал ни одной из предсказанных ею частиц.

Вторая сессия наблюдений на детекторе LUX, которая закончится в будущем году, должна благодаря уже упомянутым в начале калибровкам серьезно увеличить чувствительность детектора и помочь отлавливать вимпы самых разных масс (ранее LUX был настроен на наивысшую чувствительность около 34 ГэВ), обнаруживая их сигналы там, где они прежде игнорировались. Иначе говоря, в следующем году нас ожидает очередное и очень решительное «вот-вот».