Российские ученые принимают участие в поисках темной материи

МОСКВА, 29 авг – РИА Новости. Ученые НИУ БелГУ в составе международного коллектива усовершенствовали алгоритмы обработки сигналов от детектора в рамках международного проекта DarkSide. Этот проект направлен на поиск трудноуловимых частиц темной материи с помощью специального детектора, который сегодня только создается. Результаты опубликованы в журнале The European Physical Journal.

Темной материей физики называют форму материи, не участвующую в электромагнитном взаимодействии и поэтому недоступную прямому наблюдению. Темная материя, по мнению ученых, составляет порядка четверти массы-энергии Вселенной и проявляется только в гравитационном взаимодействии. Исследователи ожидают, что темная материя должна состоять из каких-то частиц, подобных элементарным частицам в обычной материи.

Чтобы "увидеть" темную материю, нужно создать особый детектор, который, подобно телескопу, будет ловить эти трудноуловимые частицы. В эксперименте DarkSide-20k, направленном на создание такого устройства, участвуют ученые из России, Италии, Франции, Польши, Китая и США, которые вместе образуют коллаборацию DarkSide. Из России в работе DarkSide принимают активное участие ученые НИУ БелГУ, а также исследователи из МГУ, ОИЯИ, Курчатовского института и других организаций.

Недавно коллаборация DarkSide представила усовершенствованный алгоритм обработки сигнала будущего детектора DarkSide-20k, основанный на гибридной модели, использующей Байесовские сети и Марковские цепи. Его применение дает тот же конечный результат, что и прежние модели, но при меньшем наборе данных и времени обработки. Это позволит эффективнее обрабатывать экспериментальные данные с детектора.

«

"Главный результат второй фазы эксперимента DarkSide-50, которая проходила в 2014–2018 годах, состоит в том, что детектор не обнаружил следов взаимодействия темной материи с обычным веществом в диапазоне 1–10 ГэВ", – рассказал профессор кафедры теоретической и экспериментальной физики НИУ БелГУ Александр Кубанкин.

Сейчас строится следующий детектор DarkSide-20k, чувствительность которого будет на 2–3 порядка больше, чем у предшественника. По мнению ученых, это поможет обнаружить нужный сигнал.

Одно из практических приложений таких фундаментальных исследований – разработка алгоритмов обработки больших данных, в частности, нейросетевых алгоритмов, которые смогут применяться более широко в других отраслях. Другая возможная сфера применения – получение сверхчистых материалов и развитие соответствующих технологии их обработки.

Сегодня ученые из НИИЯФ МГУ и НИУ БелГУ вместе с крупнейшим производителем титана ВСМПО-Ависма в рамках Федеральной целевой программы (проект № 075-15-2021-1392) отрабатывают технологию получения сверхчистого титана и апробируют ее в серийном производстве для будущих низкофоновых экспериментов, подобных DarkSide, в том числе и на территории РФ.

"В мире есть около десятка различных детекторов темной материи. Это одно из самых горячих направлений фундаментальной науки, где есть гонка за результат и высокая конкуренция. Преимущество DarkSide – в использовании сверхчистого аргона в качестве основного материала детектора и в более тщательном подборе материалов для него", – рассказал старший научный сотрудник Лаборатории радиационной физики НИУ БелГУ Андрей Олейник.

По его мнению, DarkSide-20k войдет в тройку самых чувствительных детекторов в мире. Сейчас перед белгородской группой в DarkSide стоит задача разработки специального компактного источника нейтронов, который смог бы генерировать очень слабый поток частиц, на уровне чуть выше фона, который необходим для тестирования устройства. Кроме того, ученые БелГУ через два-три года смогут участвовать в наборе данных в детекторе и его оперативном управлении.