Группа ученых из коллаборации SENSEI опубликовала результаты своего первого поиска темной материи с массой ниже 1 ГэВ. Эксперимент проходил на детекторе в подземной лаборатории SNOLAB в Канаде в течение семи месяцев, с 2022 по 2023 год, и использовал ультра чувствительные кремниевые детекторы Skipper CCD для регистрации взаимодействий частиц темной материи с электронами.
Детектор SENSEI (Sub-Electron Noise Skipper-CCD experimental instrument) расположен более чем на 2 км под землёй в Садбери (Канада), место выбрано с целью минимизации влияния фонового космического излучения, что позволяет избежать ложных сигналов от темной материи.
Ключевым моментом данного эксперимента стало применение детекторов Skipper CCD, которые способны точно подсчитывать электроны в каждом из миллионов своих пикселей. Это дает возможность фиксировать даже крайне слабые взаимодействия частиц темной материи с электронами в кремнии, приводящие к выбросу всего лишь 1-10 электронов.
«Основная цель нашей работы заключалась в поиске кандидатов на роль частиц темной материи с массой ниже массы протона, которую мы восприняли как "суб-ГэВную темную материю", так как масса протона составляет приблизительно 1 ГэВ», — пояснил соавтор исследования Рувен Эссиг.
Итоги эксперимента позволили установить новые границы для взаимодействия "суб-ГэВной темной материи". Ученые сумели зафиксировать число событий, зарегистрированных детектором, содержащих один или несколько электронов, что помогло установить пределы на свойства частиц темной материи, способных вызывать эти события.
В будущем коллаборация SENSEI намерена повысить чувствительность детектора, увеличив количество установленных детекторов Skipper CCD и улучшив понимание фоновых событий. «Мы уверены в возможности снижения фоновых шумов, наряду с планами по увеличению числа работающих детекторов. Оба этих фактора улучшат чувствительность нашего устройства к темной материи», — заверила соавтор исследования Ана Ботти.
Работа команды SENSEI не только продвигает поиски темной материи, но и способствует разработке новых технологий, применяемых в астрономии и квантовой визуализации. Ученые продолжают оптимизировать методы работы с высокочувствительными сенсорами, стремясь в полной мере использовать их потенциал для выявления сигналов, связанных с темной материей.
