Радоновый шум: как радиоактивный газ маскирует сигналы тёмной материи экспресс

‹›

Представьте детектор тёмной материи как комнату, где исследователи пытаются расслышать едва уловимый шёпот, но всё вокруг заполнено треском статического электричества. Этот треск создают атомы радона — радиоактивного газа, который непрерывно просачивается из конструкционных материалов и воздуха. Оседая на металлических сетках внутри камеры с жидким ксеноном, эти атомы при радиоактивном распаде выбивают электроны, порождая ложные сигналы, имитирующие взаимодействие с частицей тёмной материи — гипотетической субстанции, не испускающей электромагнитного излучения, но проявляющей себя через гравитацию.

Физики построили теоретическую модель такого радонового шума и сопоставили её с экспериментальными данными, полученными на установках LUX и LZ (крупных подземных детекторах, использующих жидкий ксенон для регистрации редких событий). Расчёты совпали с наблюдениями, подтвердив, что именно радон является источником фоновых помех. Теперь понятно: чтобы уловить искомый «шёпот» — сигнал от тёмной материи с энергией всего в несколько электронов, — необходимо подавить этот «треск», либо тщательнее очищая детали детектора от радиоактивных загрязнений, либо изменяя его конструкцию.

Эти помехи искажают энергетический спектр — распределение зарегистрированных электронов по энергиям, где физики высматривают статистически значимые аномалии, способные указать на новую физику за пределами стандартной модели (теории, описывающей известные элементарные частицы и их взаимодействия, кроме гравитации). Устранение радонового фона приблизит разгадку природы скрытой массы Вселенной, которая, как полагают, состоит из частиц тёмной материи.