Поиск невидимого: детектор SENSEI установил новые пределы для характеристик лёгкой тёмной материи

Исследователи из группы SENSEI представили результаты пионерского поиска тёмной материи с массой менее 1 ГэВ, проведённого на детекторе в подземной научной лаборатории SNOLAB в Канаде. Эксперимент, растянувшийся с 2022 по 2023 год, задействовал сверхчувствительные кремниевые детекторы Skipper CCD для фиксации взаимодействий частиц тёмной материи с электронами.

Устройство SENSEI (Sub-Electron Noise Skipper-CCD) размещено в SNOLAB на глубине свыше 2 км под земной поверхностью в Садбери, Канада. Этот выбор обусловлен необходимостью снижения влияния космического фона, который может привести к неправильной интерпретации сигналов как следов тёмной материи.

Преимущество эксперимента заключается в использовании Skipper CCD детекторов, которые обеспечивают точное измерение количества электронов в каждом из миллионов пикселей. Это даёт возможность зафиксировать даже наиболее слабые взаимодействия частиц тёмной материи с электронами в кремнии, когда выделяется всего 1-10 электронов.

«Наша главная задача состояла в поиске кандидатов на частицы тёмной материи, чьи массы меньше массы протона, а именно «суб-ГэВной тёмной материи», ведь масса протона приближается к 1 ГэВ», – объяснил Рувен Эссиг, соавтор проекта.

Опубликованные результаты открыли новые границы на взаимодействие «суб-ГэВной тёмной материи». Исследователям удалось подсчитать количество событий, зарегистрированных детектором, связанных с выделением одного или нескольких электронов, что позволило определить пределы характеристик частиц, ответственных за такие события.

Группа SENSEI намерена существенно повысить чувствительность устройства, приумножив количество использованных Skipper CCD сенсоров и углубив исследование фона. «У нас есть уверенность, что можно ещё больше снизить уровень шумов, а также увеличить число активных детекторов. Оба эти фактора усиливают чувствительность к тёмной материи», – прокомментировала исследования соавтор Ана Ботти.

Работа SENSEI в области поиска тёмной материи способствует также разработке новых технологий с применением в астрономии и квантовой визуализации. Учёные продолжают совершенствовать навыки работы с высокочувствительными сенсорами в целях максимального повышения их потенциальных возможностей для фиксации сигналов, связанных с тёмной материей.

Источник: iXBT