Все новости

Для оболочки детектора темной материи создали защитный материал на основе гадолиния

Ученые надеются, что его можно будет использовать не только в ходе эксперимента DarkSide 20K, но и на других похожих проектах

ТАСС, 17 августа. Российские химики создали на основе пластика и гадолиния материал, который подходит для изготовления защитных оболочек детекторов темной материи. Он будет использован в работе эксперимента DarkSide 20K, пишет пресс-служба РХТУ им. Менделеева. Результаты исследования опубликовал научный журнал Materials.

"Проекту DarkSide 20K нужна оболочка, поглощающая фоновые нейтроны, чтобы они не влияли на взаимодействие частиц темной материи с ядрами аргона. К тому же, ее материал сам по себе должен быть ультра-низкофоновым по радиоактивным элементам. Это наша часть проекта: мы работаем над созданием конструкционных элементов из такого материала", – рассказал один из разработчиков, заведующий кафедрой РХТУ Игорь Аветисов.

Несмотря на то, что ученые не сомневаются в существовании темной материи, ее природа и свойства сегодня все чаще становятся предметом ожесточенных споров. Дело в том, что за последние два десятка лет исследователи не нашли никаких намеков на то, что она состоит из так называемых "вимпов" – сверхтяжелых и холодных частиц, никак не проявляющих себя, кроме как притягивая видимые скопления материи

Их безуспешные поиски заставили многих космологов предположить, что темная материя на самом деле может состоять из аксионов – сверхлегких частиц, похожих по массе и свойствам на нейтрино. Первые их поиски тоже закончились безрезультатно, что заставляет ученых искать оба типа частиц и спорить о том, существование которых из них более вероятно.

Один из самых больших проектов по поискам темной материи, детектор DarkSide 20K, начнет свою работу в 2026 году в итальянской подземной лаборатории Гран-Сассо. Ее ключевой частью станет огромная камера, заполненная 20 тоннами сверхчистого жидкого аргона, не содержащего в себе атомов радиоактивного аргона-39.

По задумке разработчиков этого детектора, взаимодействия между частицами тяжелой темной материи и ядрами аргона будут порождать вспышки света, которые будут фиксировать сверхчувствительные фотодетекторы. Чтобы ложных срабатываний было меньше чан с жидким аргоном будет установлен на большой глубине под землей, а его оболочка будет изготовлена из специального материала, разработанного российскими химиками.

Аветисов и его коллеги предложили изготовить чан для жидкого аргона из гибридного материала, основой которого выступает органическое стекло (полиметилакрилат). По словам ученых, он идеально подходит для этой задачи, так как изначально отличается низким фоном радиоактивности и при этом содержит много атомов водорода, которые мешают нейтронам проникать в толщу благородного газа.

Защитные свойства полиметилакрилата российские химики усилили с помощью гадолиния – редкоземельного металла, который может активно поглощать тепловые нейтроны. Как надеются ученые, этот элемент не только защитит детектор от случайных срабатываний, но и позволит оценивать текущий уровень фонового излучения.

Первые опыты Аветисова и его коллег показали, что источники гадолиния, доступные на рынке, содержат слишком много урана и других радиоактивных примесей, чтобы их можно было напрямую применять для изготовления оболочки DarkSide 20K. По этой причине российские химики разработали методику производства чистого металла, которая позволит обойти эту проблему при изготовлении чана детектора.

Существующие экспериментальные образцы защитного материала, по словам химиков, уже сейчас удовлетворяют всем требованиям по чистоте и другим свойствам, которые были выдвинуты в рамках проекта DarkSide 20K. Как надеются ученые, их разработка найдет свое место не только в работе данного детектора темной материи, но и других научных установок.