Современная наука сталкивается со значительной проблемой: необходимо либо обнаружить частицы темной материи, либо полностью пересмотреть космологические теории и основы фундаментальной физики. Хотя второй вариант не стоит полностью отвергать, первый представляется более реалистичным. В связи с этим поиски продолжаются, и последние результаты в этой области были представлены американскими астрофизиками. Примечательно, что разработанный ими детектор нельзя назвать самым простым и доступным из существующих, но он, безусловно, входит в число наиболее совершенных.
Устройство под названием Эксперимент с широкополосным отражателем для обнаружения аксионов (BREAD, буквально — «ХЛЕБ») разработали специалисты из Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми (Фермилаб) и Чикагского университета ( UChicago). В коллаборацию также входят Аргоннская (ANL), Ливерморская (LLNL) национальные лаборатории, Национальный институт стандартов и технологий ( NIST), Центр космических полетов имени Годдарда ( GSFC).
Прибор выполнен в виде металлического цилиндра, внутри которого расположено параболическое зеркало, также изготовленное из металла. Он предназначен для фокусировки на детекторе, расположенном в торце цилиндра, фотонов (обычных), которые могут возникать вследствие редких, но возможных взаимодействий частиц темной материи с постоянным магнитным полем или стенками прибора. Предполагается, что таким образом могут быть обнаружены темные фотоны или аксионы.
Устройство BREAD рассчитано таким образом, чтобы только фотоны определенной энергии имели наибольшие шансы попасть на детектор. Его роль могут сыграть разные чувствительные элементы или приборы — антенна, болометр либо детектор единичных фотонов. Какой из них будет установлен в эксперименте, зависит только от диапазона энергий искомых частиц темной материи. Дизайн установки подразумевает широкие возможности по регулировке рабочего диапазона, это ее сильная сторона.
Опубликованная в рецензируемом журнале Physical Review Letters статья описывает методику и результаты первого из серии запланированных экспериментов. В нем использовали уменьшенную версию BREAD диаметром всего 40 сантиметров.
Устройство было установлено в экранированном помещении, расположенном в подвале Чикагского университета. Впервые BREAD работал продолжительное время — данные собирали на протяжении 24 дней. Поскольку охлаждение не применялось, исследователи искали только темные фотоны в диапазоне энергий от 44 до 52 микроэлектронвольт. И, естественно, не нашли.
На данном этапе исследований ведется поиск частиц темной материи BREAD было бы огромным сюрпризом для всех. И, скорее всего, послужило бы свидетельством ошибки в устройстве эксперимента.
Созданный американскими физиками прибор на текущем этапе подтвердил лишь свою работоспособность и опроверг наличие фотонов с темной энергией в ограниченном диапазоне.
Цель коллаборации BREAD — разработка относительно недорогого широкополосного детектора частиц темной материи, что ранее представлялось невозможным. Ожидается, что первые научные результаты от установки будут получены в ближайшее время, когда 40-сантиметровый цилиндр установят в модифицированный магнит от магнитно-резонансного томографа и охладят до криогенных температур.
В данном случае прибор потенциально сможет фиксировать не только темные фотоны, но и аксионы. В случае успешного завершения и этого эксперимента, будет создана увеличенная версия BREAD построят в Фермилабе.