Результаты поиска скрытых фотонов темной материи
09.07.2019
Пресс-релиз 2019
Москва, 08 июля 2019 года
(Принято
для публикации в JCAP,
см. arXiv:1901.08773)
Результаты поиска скрытых фотонов темной материи
с помощью мультикатодного счетчика.
А.В.Копылов,
И.В.Орехов, В.В.Петухов
ИЯИ
РАН
Аннотация.
Представлены результаты
измерения скорости эмиссии одиночных электронов с поверхности катода
пропорционального счетчика, заполненного газовой смесью Ar + CH4
(10%) при давлении 1 атмосфера. Авторы интерпретируют полученные результаты,
как возможный фотоэффект, вызванный скрытыми фотонами. Наши результаты
позволяют установить верхний предел для угла смешивания для скрытых фотонов
холодной темной материи. Обсуждается также дальнейшее совершенствование
методики с целью повышения чувствительности регистрации скрытых фотонов.
Предложен новый метод
регистрации скрытых фотонов холодной темной материи с помощью мультикатодного
счетчика. Метод основан на регистрации одиночных электронов, эмитируемых с
поверхности катода счетчика в результате конверсии скрытого фотона на
поверхности металлического катода. Разработана и изготовлена экспериментальная
установка в составе мультикатодного счетчика и соответствующей аппаратуры для
сбора и обработки данных измерений. Установка помещена в специальный
низкофоновый стальной бокс с толщиной защиты примерно 30 см на первом этаже 115
корпуса в г. Троицк. Измерения проводятся в двух различных конфигурациях
счетчика: конфигурация 1 и конфигурация 2. В первой конфигурации измеряется
эффект от одиночных электронов с поверхности катода плюс темновой ток самого
счетчика. Во второй конфигурации измеряется только темновой ток детектора.
Эффект оценивается по разности скоростей счета, измеренных в этих двух конфигурациях.
Измерения проводятся круглосуточно 2 сеанса по 12 часов каждый. За сутки
получаем примерно 200 Гбайт данных, которые затем обрабатываются в режиме
офф-лайн. Точность измерений достигается за счет многократного повторения
измерений в разных конфигурациях счетчика. Для получения значимого результата
необходимо проводить измерения в течение нескольких месяцев. В промежутках
между измерениями счетчик калибруется ультрафиолетовым излучением от ртутной
лампы. В качестве полезного сигнала отбираются импульсы по амплитуде, по
длительности фронта импульса и отбрасываются промежутки с отклонением нулевой
линии за допустимый предел. Верхние пределы на угол смешивания χ, полученные по
результатам проведенных измерений на счетчиках с медным (Cu-1, Cu-2) и алюминиевым (Al1) катодами,
представлены на рисунке 1.
![(jpg, 44 Kб)](/FStorage/Download.aspx?id=853ca487-6055-46bf-8edd-d8684bb66738)
Рисунок 1. Пределы на 95% CL полученные в серии измерений Cu-1, Cu-2, and Al-1. Пределы Tokyo из [2] и FUNK-1 из [9]
Мы достигли
существенного прогресса, используя счетчик с алюминиевым катодом. Дальнейшее
улучшение может быть достигнуто путем использования Ni или Pt в качестве катода, то есть
металлов с относительно большой работой выхода. Как видно из рисунка, верхние
пределы, полученные нами, находятся на уровне, сравнимым с аналогичным, полученным
в других экспериментах (Tokyo,
FUNK-1).
Однако они выше, чем ограничения, полученные из времени жизни Солнца, так что
необходимо дальнейшее совершенствование детектора. Однако здесь следует иметь в
виду, что мы имеем совершенно разные физические процессы на Солнце и в нашем
эксперименте: в первом речь идет о конверсии реальных фотонов в скрытые фотоны
внутри солнечной плазмы, а во втором – о конверсии скрытых фотонов на
поверхности металла, сопровождающегося эмиссией электрона. Физика этих
процессов может отличаться в деталях, которые могут оказаться весьма
существенными, учитывая тот факт, что мы пока не располагаем строгой теорией
скрытых фотонов. Следует также учитывать различие между детекторами, где
активным является объём, и где – поверхность. В первом мишенью являются
валентные электроны, во втором – свободные электроны вырожденного электронного
газа. У нашего детектора активным элементом является поверхность металлического
катода, поэтому пределы, полученные нами, строго говоря, относятся к
взаимодействию скрытых фотонов со свободными электронами вырожденного
электронного газа металла.
Копылов Анатолий Васильевич, <kopylov@inr.ru> тел.
8(495)850-42-69