Серия экспериментов под названием «Криогенный поиск тёмной материи» (CDMS) была направлена на поиск следов вимпов при помощи матрицы полупроводниковых детекторов, работающих при температуре почти абсолютного нуля (0,01 градуса Кельвина).
В феврале 2010 года, когда учёные заявили о том, что частицы тёмной материи, наконец, обнаружены, выяснилось, что тревога была ложной, и прибор засёк столкновения посторонних частиц. Тогда устройство сработало дважды и, хоть вероятность открытия была недостаточной, об этом случае сообщили в журнале Science.
Вторая серия экспериментов CDMS-II проходит в подземных шахтах штата Миннесота на глубине 713 метров. Такое необычное расположение научных приборов обусловлено тем, что поставленные на поверхность Земли детекторы могут показывать неверные результаты из-за помех, создаваемых посторонними частицами и следами космического излучения.
Первые следы вимпов были обнаружены учёными при помощи 19 германиевых детекторов. А самые современные эксперименты, которые проводятся на 11 кремниевых детекторах, дают более точные результаты, поскольку кремний более чувствителен к столкновениям низкоэнергетических частиц, нежели германий.
13 апреля 2013 года на собрании Американского физического сообщества (American Physical Society) учёные, работавшие с детекторами в заброшенной железной шахте в Миннесоте, сообщили (PDF-документ) о трёх случаях предположительного попадания в них частиц тёмной материи. Два из этих случаев зафиксировал один и тот же детектор. Доклад о событии сделал Кевин МакКарти (Kevin McCarthy) из Массачусетского технологического института (MIT).
Физики уверяют, что вероятность того, что это была не помеха, а именно след вимпа, составляет 99,81%, но и этого недостаточно, чтобы полноценно назвать событие открытием. Считается, что вероятность ошибки должна быть ниже 0,00006%, чтобы можно было сообщать об открытии с полной уверенностью.
Устройства, используемые для эксперимента CDSM-II, охлаждаются до температуры в 40 милликельвинов. При такой низкой температуре детектор может засечь столь незначительное количество тепла, которое выделяется при столкновении частицы с кристаллом устройства. Главная задача состоит в том, чтобы отличить столкновение вимпов от столкновений других частиц, к примеру, нейтронов.
Во избежание путаницы детекторы экранируют. Учёные также стараются максимально точно высчитать, сколько столкновений происходит по вине посторонних (фоновых) частиц.
На пути к сообщению о полноценном открытии стоит два главных препятствия. Во-первых, всех смущает опыт 2010 года, когда ситуация была очень похожей. Правда, тогда детектор сработал дважды, а на этот раз — трижды. Во-вторых, расчёты показали, что масса гипотетической частицы тёмной материи должна составлять всего 8,6 ГэВ (гигаэлектронвольтов), что значительно меньше, чем ожидали физики-теоретики.
Параллельно в Судане в одной из шахт проводится похожий эксперимент, который называется SuperCDMS. Учёные надеются, что он даст больше доказательств существования частиц тёмной материи.
Детектирование следов столкновений вимпов с другими частицами является непрямым способом поиска тёмной материи. В этом случае учёные ловят не сами вимпы, а лишь признаки их существования. Существует и другой метод поиска загадочной субстанции — прямой, когда высокочувствительные детекторы стараются поймать именно частицы тёмной материи.
К таким высокочувствительным детекторам прямого поиска относятся LUX, расположенный в шахте Homestake в Южной Дакоте, и XENON1T в горном массиве Гран-Сассо в Италии. Такие детекторы представляют собой большие ёмкости, наполненные жидким благородным газом ксеноном.
На сегодняшний день самым точным и дорогостоящим прибором для поиска тёмной материи является магнитный альфа-спектрометр AMS-02, расположенный на МКС. Ранее мы писали о том, как он зафиксировал всплеск позитронов (самых распространённых частиц антиматерии), которые могли возникнуть в результате столкновений частиц тёмной материи.
Также по теме: Учёные CERN зафиксировали следы тёмной материи в космосе Физики предложили ловить тёмную материю с помощью мировой сети магнитометров Тёмная материя бомбардирует людей ежеминутно Учёные обнаружили тёмную материю возле Солнца Детектор из золота и ДНК поможет доказать существование тёмной материи В космосе обнаружен мост из тёмной материи