Эксперимент в ЦЕРН преобразован в детектор тёмной материи: установка MUonE выявила скрытые возможности для поиска труднодоступных частиц

Исследователи выяснили, что эксперимент MUonE в ЦЕРН, первоначально предназначенный для исследования мюонов, может стать решающим элементом в поиске тёмной материи — загадочной субстанции, представляющей собой примерно одну четверть Вселенной. Последние исследования показывают, что текущая установка способна фиксировать редкие явления, свидетельствующие о взаимодействии с невидимыми частицами, без необходимости внесения изменений в конструкцию.

Во время столкновений мюонов с ядрами бериллия в мишени эксперимента могут образовываться пары частиц тёмной материи различной массы. Более массивная частица быстро превращается в лёгкую (которая остаётся незаметной) и пару заряженных частиц — электронов или мюонов. Эти частицы создают отпечатки в детекторе, формируя уникальные двойные треки, смещённые относительно места столкновения.

Электромагнитный калориметр (ECAL) играет ключевую роль в этом процессе, выполняя функцию фильтра и устраняя ложные сигналы. В частности, он идентифицирует первичный мюон и блокирует события с посторонней энергией, не связанной с распадом тёмной материи. Высокая точность измерений углов (до 0,02 миллирадиана) позволяет выделять нужные события среди прочих, которые практически исключены благодаря строгим критериям отбора: энергия частиц свыше 5 ГэВ, угол между треками больше 1 миллирадиана и смещённая точка распада в заданной области.

Новаторство подхода заключается в двойном использовании установки: помимо изучения магнитного момента мюона, теперь эксперимент способен охватывать теоретические модели тёмной материи, где её распространённость во Вселенной определяется параметрами, измеряемыми в лаборатории. Сохранение ECAL в окончательной конфигурации является необходимым условием для успешного поиска тёмной материи, поскольку без этого компонента чувствительность значительно снижается.

Если методика подтвердит свою эффективность, то MUonE сможет в течение нескольких лет проводить проверку гипотез о природе тёмной материи с массами ниже 1 ГэВ.

Источник: iXBT