Ученые всё же усомнились в открытии следов «темной материи»

single-hit_scintillation_events_600

Эксперимент DAMA/NaI был задуман для поиска «тёмной материи». Идея его в том, чтобы в камере максимально изолированной от проявлений радиоактивности обычной материи зафиксировать сцинтилляции «тёмной материи» в особых детекторах.
Для экспериментов в 100 км от Рима глубоко в толще горы Гран-Сассо (Gran Sasso) была создана подземная лаборатория, принадлежащая итальянскому Национальному институту ядерной физики (INFN). От поверхности ее отделяют полтора километра горных пород, и поток космических лучей в ней в миллион раз меньше, чем на поверхности Земли.
В эксперименте DAMA/LIBRA в качестве рабочего вещества выбраны сцинтилляторы NaI(Tl), состоящие из йодида натрия (NaI) с добавлением таллия (Tl) в качестве активатора. (Сцинтилляторы — вещества, обладающие способностью излучать фотоны видимого света, трансформируя в него фотоны ионизирующих излучений полученных от электронов, альфа-частиц и других.) Каждый сцинтиллятор в эксперименте DAMA/LIBRA — это кристаллический стержень массой около 10 кг. Свет сцинтилляций улавливают фотоумножители, установленные на торцах сцинтиллятора, и передают сигнал компьютеру.
«Ложные» срабатывания могут быть вызваны не только космическими лучами, но и радиоактивными изотопами, встречающимися в природе. Для максимальной изоляции детектора каждый сцинтилляционный кристалл упакован в медный кирпич, а блок с этими кирпичами опечатан многослойной изоляцией из радиочистых материалов. Внутренности этого ящика продувались радиочистым азотом, а фоновая концентрация наиболее трудноуловимых изотопов (например, инертного газа радона) постоянно контролировалась рядом с установкой. Наконец, температура установки была постоянной с точностью до тысячных долей градуса, а чувствительность детекторов регулярно контролировалась с помощью облучения известными радиоизотопами.
В 2003 году эксперимент был модернизирован и запущен под новым именем DAMA/LIBRA. Результаты этого эксперимента были обнародованы на конференции Neutrino Oscillations in Venice, а также появились в архиве электронных препринтов: First results from DAMA/LIBRA and the combined results with DAMA/NaI.
Эксперимент DAMA/LIBRA на протяжении пяти лет измерял только количество и энергию сцинтилляционных вспышек внутри детектора. В среднем происходило 1-2 вспышки в день на килограмм веса сцинтилляторов и на килоэлектронвольт энергии. Это значение остается в среднем постоянным во времени. В области малых энергий, 2-6 кэВ, наблюдаются слабые годичные колебания. Если из всех данных вычесть постоянный сигнал и оставить только переменную компоненту, то получится такой график.

Частота срабатывания детекторов с ходом времени в области энергий 2-6 кэВ. Показана только переменная часть сигнала, оставшаяся после вычета постоянного фона. По горизонтальной оси отмечен день с момента начала эксперимента DAMA/NaI; первая половина графика содержит результаты DAMA/NaI, а после перерыва показаны данные DAMA/LIBRA. Сплошной линией показана синусоидальная функция с периодом ровно 1 год и максимумами, приходящимися на 2 июня (изображение из обсуждаемой статьи First results from DAMA/LIBRA and the combined results with DAMA/NaI)

earth_vs_sun_vs_galactic_halo_600

После 10 годичных циклов стало ясно, что переменная часть сигнала с высокой точностью следует синусоидальному закону с периодом ровно 1 год и максимумами, приходящимися на 2 июня. На сухом языке статистики значимость сигнала превышает 8 стандартных отклонений, то есть вероятность, что эти данные — лишь игра случая, ничтожно мала.
Но какова причина этой модуляции специалистам непонятна. Даже если бы в лабораторию прорывался поток космических лучей, вызывающих срабатывание детекторов, то он порождал бы заметные изменения, как при низких, так и при высоких энергиях.
Благодаря многоуровневой изоляции и постоянному контролю остаточной радиоактивности, авторы считают, что никакими «земными» процессами наблюдавшиеся в эксперименте колебания не объяснить.

Движение Солнца относительно галактического гало и движение Земли относительно Солнца приводят к тому, что 2 июня Земля максимально близка к Солнцу, а 2 декабря — максимально удалена. То есть эксперимент явно фиксирует связь количества сцинтилляций с расстоянием Земли от Солнца.

***********

Физики проверили результатов эксперимента DAMA/LIBRA, «открывшего» «темную материю» в 2011 году, и, наконец, поставили под сомнение его результаты. Но по их мнению, сигнал «темной материи» порождали не фотоны, а нейтроны. (См.)

«Только один эксперимент за все время поисков темной материи, DAMA/LIBRA, дал позитивные результаты. Эти выводы до сих пор не были ни подтверждены, ни опровергнуты так, чтобы это не зависело от выбора модели для интерпретации замеров. Наши первые замеры показывают, что пока никаких следов существования этого сигнала нет, хотя они могут появиться в будущем», — приводит РИА Новости сообщение группы физиков, работающих с детектором ANAIS.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *