До сих пор большинство исследований по поиску темной материи было направлено на поиски частиц с массами, сравнимыми с массами известных элементарных частиц. Если эти частицы легче электрона, ведущие современные приборы, использующие жидкий ксенон, вряд ли смогут их зарегистрировать. До сих пор ни один эксперимент не смог наблюдать темную материю напрямую. Впрочем, отрицательный результат тоже имеет значение, поскольку позволяет исключить частицы темной материи в пределах определенного диапазона масс и уже проверенных взаимодействий.

Международная группа ученых изучала существование частиц темной материи в широком диапазоне масс ниже одного мегаэлектронвольта (МэВ). Используя усовершенствованный сверхпроводящий нанопроволочный однофотонный детектор (SNSPD), исследователи достигли порога чувствительности примерно в одну десятую массы электрона, выше которого существование частиц темной материи крайне маловероятно.

«Это первый случай, когда нам удалось провести поиски частиц темной материи в столь малом диапазоне масс, что стало возможным благодаря новой технологии детекторов», — сказала Лаура Баудис из Университета Цюриха, первый автор исследования.

Устройство SNSPD обладает высокой чувствительностью к фотонам с низкой энергией, пишет Science Daily. Когда фотон попадает на нанопровод, он слегка нагревает его и тот мгновенно теряет сверхпроводимость. Провод на короткое время становится обычным проводником, и это увеличение электрического сопротивления можно измерить.

Для последнего эксперимента ученые усовершенствовали детектор SNSPD. В частности, они заменили нанопровода сверхпроводящими микропроводами, чтобы максимально увеличить поперечное сечение. А также изменили его геометрию, чтобы повысить чувствительность к изменениям направления. Как предполагают ученые, Земля проходит сквозь поток частиц темной материи, и поэтому направление их движения в течение года меняется. Устройство, способное регистрировать изменения направления, помогает отфильтровать события, не связанные с темной материей.

«Дальнейшее технологическое усовершенствование SNSPD позволит нам обнаруживать сигналы частиц темной материи с еще меньшей массой. Мы также хотим разместить систему под землей, где она будет лучше защищена от других источников излучения», — сказал Титус Нойперт, участник научной программы.

В конце лета самая крупная в мире нейтринная обсерватория, расположенная на юге Китая, запустила амбициозный научный эксперимент. С помощью 20 000-тонного жидкостного сцинтилляционного детектора «Цзянмэнь» исследователи надеются раскрыть одну из величайших загадок физики элементарных частиц — истинный порядок распределения масс нейтрино.