Перепроверка данных 30-летнего эксперимента опровергла доказательства темной материи
Результаты 30-летнего эксперимента, считавшиеся самым убедительным наблюдательным подтверждением темной материи, были неверно интерпретированы. Точку в сомнениях и спорах, расколовших научный мир, поставила статья в Physics Review Letters.
В 1997 году эксперимент DAMA/NaI в Национальной лаборатории Гран-Сассо в Италии зарегистрировал сигнал, годовая изменчивость которого позволяла предположить наличие темной материи. Несмотря на то, что последующий эксперимент DAMA/LIBRA дал схожие результаты, заявления о прямом детектировании темной материи вызвали скептицизм в физическом сообществе.
Для независимой проверки были организованы похожие эксперименты ANAIS-112 и COSINE-100, которые проводятся по тому же принципу: сцинтилляционный детектор глубоко под землей, который должен улавливать гипотетические частицы WIMP. COSINE-100 в подземной лаборатории Янъян в Южной Корее начал сбор данных в 2016 году, ANAIS-112, находящийся в Канфранкской подземной лаборатории в Испании, — в 2017-м.
Все эти эксперименты были спроектированы для поиска признаков рассеяния кандидата в темную материю на кристалле иодида натрия, активированном таллием. Предполагается, что такой сигнал должен иметь отчетливые сезонные колебания из-за изменения скорости детектора относительно темной материи Млечного Пути, происходящего в результате движения Земли вокруг Солнца. В результатах DAMA/NaI и DAMA/LIBRA эта модуляция есть, но их воспроизводимость не была строго проверена с использованием идентичных методик.
ANAIS-112 и COSINE-100 позволили провести такую проверку, применив тот же материал детектора того же производителя, что и в DAMA, но дополнив его некоторыми аналитическими приемами, предназначенными для снижения фонового шума и повышения частоты регистрации событий. И никаких колебаний в соответствующих энергетических диапазонах они не показали.
Физик София Холлик из Университета Сарагосы, ранее работавшая в Йельском университете под руководством профессора Рейны Маруямы, свела воедино данные обоих экспериментов, и статистический анализ объединенного массива не выявил значимых свидетельств годовой модуляции. Этот результат фактически исключает темную материю как источник сигнала DAMA/LIBRA.
«Эти результаты кладут конец давнему (почти 30-летнему) спору о природе сигнала годовой модуляции DAMA/LIBRA. Они показывают, что из-за невоспроизводимости этого сигнала в экспериментах COSINE-100 и ANAIS-112 модуляцию нельзя приписать темной материи», — резюмирует исследовательница.
Работа Холлик не дает нового объяснения колебаниям сигнала DAMA — но такой целью она и не задавалась.
«Хотя мы пока не знаем, что именно вызывает сигнал DAMA, научное сообщество, занимающееся темной материей, теперь может сосредоточиться на поиске реального сигнала, а не гоняться за призраком. Коллаборации COSINE и ANAIS направят усилия на использование детекторов на иодиде натрия по их прямому назначению — как кристаллов, которые можно выращивать в больших количествах и которые позволяют регистрировать темную материю малой массы, а также различные типы взаимодействий с участием ядер с разной массой и ядерным спином. Путь к проверке утверждения DAMA об обнаружении темной материи был непростым и долгим, и я рада, что мы можем наконец оставить этот груз позади», — заключила профессор Маруяма.
