В газовой камере, где регистрируют частицы, электроны ведут себя как быстрые курьеры: мчатся во все стороны и теряют строй. А отрицательные ионы — это тяжёлые носильщики, которые идут ровным шагом и не разбегаются. Для детекторов, которые ищут тёмную материю, такая аккуратность очень важна: чем ровнее след частицы, тем точнее можно понять, откуда она прилетела.
Раньше, чтобы получить отрицательные ионы, в газ добавляли специальные вещества, которые захватывали электроны. Но эти добавки снижали сигнал и могли быть опасны. Авторы новой работы попробовали другое: взяли чистый газ CF4 и просто подняли электрическое поле. При этом электроны разгонялись так сильно, что разрывали молекулы газа, и к одному из осколков прилипал электрон. Так рождались отрицательные ионы без всяких добавок.
Учёные посчитали эти ионы по одному с помощью быстрых фотоумножителей — приборов, которые видят слабые вспышки света. Каждый ион давал отдельный сигнал, и это позволило измерить энергию частиц даже точнее, чем обычным способом. Теперь можно делать большие детекторы, которые видят тонкие детали трека без опасных газовых добавок.
CF4 обычно считают «неэлектроотрицательным» газом, потому что его сродство к электрону отрицательно (-0.7 эВ). Но при энергии электронов выше порога диссоциации связи CF3-F (5.6 эВ) молекула разваливается на нейтральный фрагмент и отрицательный ион. Так газ, который не может удержать целый электрон, всё же порождает стабильные отрицательные ионы.