Темная материя стала ближе: как ядерный реактор помог в её поиске

Исследователи из коллаборации NEON представили результаты первого прямого эксперимента по поиску легкой темной материи. Они использовали детектор NEON, расположенный всего в 23,7 метрах от ядерного реактора Hanbit в Южной Корее. Работа опубликована в Physical Review Letters (PRL) и открывает новый метод изучения загадочной материи, составляющей большую часть Вселенной.

Как работает эксперимент

Команда NEON использовала ядерный реактор как мощный источник фотонов - частиц света. Согласно одной из теорий, фотоны могут превращаться в темные фотоны - гипотетические частицы, которые взаимодействуют с обычной материей через слабое смешивание с фотонами.

Далее эти темные фотоны, по идее, могут распадаться на легкую темную материю. Если такая материя существует, то она должна слабо, но все же взаимодействовать с электронами, что и пытались зафиксировать ученые.

"Мы вдохновились идеей, что ядерные реакторы, испускающие большое количество высокоэнергетических фотонов, могут стать естественной средой для проверки новых теорий о темной материи", — объясняет Хенсу Ли, один из авторов работы.

Что удалось обнаружить

Эксперимент охватил диапазон масс от 1 кэВ/c² до 1 МэВ/c², который ранее не исследовался в прямых экспериментах. Это уникальное достижение для поиска темной материи.

Однако прямых следов легкой темной материи не обнаружено. Тем не менее, ученым удалось улучшить существующие ограничения на её свойства в тысячу раз, что уже считается значительным прорывом.

"Наши результаты показывают, что мы способны ставить рекорды по чувствительности к этим частицам", — отметил Ли.

Что дальше

Хотя легкая темная материя пока остается неуловимой, исследователи планируют повысить чувствительность детектора. В следующих экспериментах они будут:

• Снижать энергетический порог, чтобы фиксировать еще более слабые сигналы.
• Улучшать защиту от фоновых шумов, чтобы исключить ложные сигналы.
• Расширять диапазон масс, чтобы изучить еще более легкие частицы.

"Использование ядерного реактора как источника фотонов и контролируемой лаборатории демонстрирует перспективность этого метода", — подчеркивает Ли.

Эксперимент NEON стал важным шагом в поисках темной материи. Возможно, в будущем именно такой подход приведет к одному из самых значимых открытий в физике.

Уточнения

Тёмная мате́рия — в астрономии и космологии, а также в теоретической физике гипотетическая форма материи, не участвующая в электромагнитном взаимодействии и поэтому недоступная прямому наблюдению.