Исследователи из Института ядерных исследований РАН представили результаты поиска скрытых фотонов холодной темной материи с помощью мультикатодного счетчика. Статья ученых принята для публикации в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. Препринт работы доступен на сайте ArXiv.
Скрытый, или темный, фотон — это гипотетическая элементарная частица, аналог фотонов для темной материи. Предполагается, что эти частицы являются своего рода «посредниками» между обычной и темной материей, позволяя им взаимодействовать между собой.
Новый метод регистрации темных фотонов, разработанный в ИЯИ РАН, основан на регистрации одиночных электронов, которые вылетают с поверхности катода счетчика. Это происходит в результате взаимодействия скрытого фотона с атомами поверхности металлического катода.
Для устранения всех помех, которые могут внести вклад в результаты измерений, ученые изготовили специальный низкофоновый бокс для прибора с толщиной защиты в 30 см. Регистируя отдельно темновой ток и прибор в рабочем режиме, ученым удалось получить сигнал от вылетающих с поверхности катода счетчика электронов, что интерпретируется как возможный фотоэффект, вызванный скрытыми фотонами. Для этого ученые проводили круглосуточно два сеанса измерений по 12 часов. Каждый сеанс позволял получить около 200 Гб данных, которые затем обрабатывались с помощью компьютерного алгоритма. В дальнейшем ученые планируют улучшить сигнал от темных фотонов, испрользуя катод из никеля или платины.
«Верхние пределы, полученные нами, находятся на уровне, сравнимом с аналогичным, полученным в других экспериментах (Tokyo, FUNK-1), — отметил один из авторов работы, сотрудник Отдела лептонов высоких энергий и нейтринной астрофизики ИЯИ РАН Анатолий Копылов. — Однако они выше, чем ограничения, полученные из времени жизни Солнца, так что необходимо дальнейшее совершенствование детектора. Но здесь следует иметь в виду, что мы имеем совершенно разные физические процессы на Солнце и в нашем эксперименте: в первом случае речь идет о конверсии реальных фотонов в скрытые фотоны внутри солнечной плазмы, а во втором – о конверсии скрытых фотонов на поверхности металла, сопровождающейся эмиссией электрона. Физика этих процессов может отличаться в деталях, которые могут оказаться весьма существенными».
