Спорный сигнал темной материи может быть вызван гелием

Физики предложили объяснение сигналу, который зарегистрировал эксперимент по поиску темной материи DAMA. Согласно новой идее, дело может быть в непредвиденном загрязнении фотоумножителей гелием. Результаты изложены в препринте на сервере arXiv.org.

Итальяно-китайский детектор DAMA, построенный для поиска частиц темной материи, уже около 20 лет регистрирует меняющийся на протяжении года сигнал. Участвующие в эксперименте ученые пытаются убедить физическое сообщество, что им удалось зафиксировать эффект от соударения частиц темной материи с ядрами в детекторе, но большинство специалистов относятся к этому скептически. В частности, повторяющий дизайн DAMA эксперимент COSINE-100 не смог воспроизвести данный сигнал. Однако DAMA не сдается — в ноябре 2018 года была опубликована статья с последними результатами, в которой говорится, что пока никто не смог предложить вероятного альтернативного объяснения.

В новой работе под руководством Даниэля Ференца из Калифорнийского университета в Дейвисе (США) утверждается, что авторам удалось найти подходящий процесс. Научный коллектив из Ференца, его жены и двух сыновей разрабатывает детекторы света, которые могли бы заменить используемые сегодня во многих исследованиях фотоэлектронные умножители (ФЭУ). В процесса работы оказалось, что их чрезвычайно трудно избавить от загрязнения конкретным веществом — гелием. Авторы пришли к выводу, что предотвратить попадание этого элемента внутрь устройств практически невозможно. Это, по их словам, может быть актуальной проблемой и для DAMA.

Особенность гелия заключается в его легкости, так что его ионы могут перемещаться между электродами ФЭУ быстрее 600 наносекунд — порогового значение для регистрации события. Если пара ФЭУ срабатывает с задержкой более 600 секунд, то такие данные отбрасываются, так как они с высокой вероятностью могут быть вызваны паразитными эффектами, например, темновым током. Созданная авторами компьютерная модель аналога используемых в DAMA ФЭУ показала, что гелий может быть ответственным за обнаруженный сигнал даже при весьма малых концентрациях.

Проверить эту идею можно, если следить за совпадениями срабатываний ФЭУ, направленными на разные участки детектора. Если сигнал все еще будет регистрироваться, то он вызван гелием или каким-то другим мешающим процессом, а если исчезнет, то он действительно связан с явлениями внутри детектора, например, соударениями с частицами темной материи.