ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Применение изотопов для поисков тёмной материи из "Изотопы Свойства, получение, применение Том 2" Экспериментальное определение массовых характеристик нейтрино путём изучения двойного бета-распада и исследования потоков нейтрино по методике и технике эксперимента близко примыкает к поискам проявлений так называемой тёмной материи — dark matter . Как отмечалось в разделе 2, из анализа современных астрофизических данных по распределению гравитирующей материи в нашей Галактике, а также из данных по крупномасштабной структуре Вселенной, следует, что около 90% материи во Вселенной находится в форме, которая не наблюдается обычными методами, а проявляется только в гравитационных эффектах — эту скрытую массу называют тёмной материей . [c.40] Для поисков гипотетических частиц тёмной материи могут использоваться установки, на которых ведутся работы по двойному бета-распаду. События двойного бета-распада сами по себе очень редки и не мешают искать акты упругого рассеяния WIMP-частиц на ядрах. Уже получены первые оценки параметров таких взаимодействий с использованием экспериментальных данных, накопленных существующими детекторами двойного бета-распада. [c.41] Указанные детекторы — криогенные , фононные или калориметрические — в настоящее время активно развиваются. Их используют не только для поисков тёмной материи, но и для измерения двойного бета-распада. Рассматриваются возможности применения таких детекторов для регистрации рассеяния нейтрино на электронах и ядрах. [c.42] Принцип работы таких детекторов основан на том, что теплоёмкость кристаллической решётки в соответствии с формулой Дебая пропорциональна четвёртой степени температуры. Спектр электронных состояний диэлектриков, полупроводников и сверхпроводников характеризуется наличием энергетической щели. При достаточно низких температурах Т, когда энергия тепловых флуктуаций къТ С Д (где къ — постоянная Больцмана, А — ширина щели в спектре энергии электронных состояний), электронная теплоёмкость кристалла не возбуждается. Для диэлектриков это состояние достигается при температурах порядка сотен милликельвин (1 мК = 10 К), для полупроводников — десятков и для сверхпроводников — единиц милликельвин. Оставшаяся решёточная , фононная или дебаевская теплоёмкость идеального кристалла при сверхнизких температурах оказывается настолько малой, что кинетическая энергия ядра отдачи при единичном акте рассеяния частицы вызывает всплеск температуры всего макроскопического кристалла мишени, который превышает уровень термодинамических флуктуаций. Этот всплеск температуры регистрируется термометром и служит выходным сигналом детектора. Физические принципы и перспективы применения криогенных детекторов этого типа изложены в обзоре [69]. [c.42] В эксперименте изучалась методика одновременной регистрации теплового и оптического (ионизационного происхождения) сигналов охлаждённого кристалла dW04. Предполагается, что рассеяние WIMP будет создавать значительно более слабый ионизационный, а, значит, и световой сигнал, чем тепловой по сравнению с гамма-квантами и большинством других фоновых излучений. Это позволит значительно улучшить идентификацию полезных событий. Предполагается увеличение общей криогенной массы детектора до 100 килограммов. [c.43] Отметим интересную, но пока мало исследованную идею, связанную с криогенными фононными детекторами. Ядро, испытавшее отдачу после рассеяния на нём частицы, порождает сначала неравновесный поток фононов, которые после многократного рассеяния термализуются и формируют всплеск температуры всего кристалла. При сверхнизких температурах в монокристаллах высокого качества первичные фононные потоки могут, сохраняя информацию об импульсе отдачи ядра, проходить макроскопические расстояния (такие фононы называют баллистическими ), В этом случае на границах кристалла можно регистрировать первичные потоки фононов, несущие информацию об импульсе отдачи ядра [71]. Миллиметровые и большие длины пробега баллистических фононов возможны только в кристаллографически совершенных, сверхчистых и моноизотопных или изотопно высокообогащенных монокристаллах. [c.43] Развитие фундаментальной физики слабых взаимодействий опирается на экспериментальные исследования нейтрино, двойного бета-распада ядер и поиски слабовзаимодействующих частиц тёмной материи . Обнаружены и измеряются эффекты осцилляции нейтрино, которые проявляются в изменении флейвора этих частиц. Эти факты невозможно описать в рамках стандартной теории слабых взаимодействий, что доказывает необходимость построения новой теории. Количественная верификация новых теоретических моделей и, в частности, выяснение массовой структуры нейтрино должны быть проведены на основании новых экспериментальных данных. Поэтому экспериментальная физика слабых взаимодействий, в частности, физика этих явлений при низких и средних энергиях — о чём в основном шла речь в настоящем обзоре — сегодня активно развивается. [c.43] Описанные экспериментальные методы имеют много общего — изучаются редкие события. Поэтому часто удаётся создавать аппаратуру, с помощью которой можно изучать сразу несколько явлений одновременно — потоки нейтрино различного происхождения и гипотетических частиц тёмной материи, двойной бета-распад ядер. Такой подход повышает научную производительность экспериментальных установок — всё более сложных и дорогостоящих уникальных конструкций. [c.43] Во МНОГИХ случаях для создания эффективных детекторов, для улучшения отношения сигнал/шум применяются или могут быть применены изотопные материалы. Рост чувствительности физических установок к искомым эффектам достигается путём увеличения массы источников и мишеней — соответственно растут и потребности в изотопных материалах. Экспериментальная физика слабых взаимодействий сформировала коммерчески значимый и постоянно растущий сегмент мирового рынка стабильных и радиоактивных изотопов. Поэтому при формировании структуры производства изотопных материалов необходимо учитывать потребности и перспективы развития экспериментальной физики слабых взаимодействий. [c.44] Вернуться к основной статье