ИСТИНА

Современная космологическая модель выделяет среди форм материи темную материю, на существование которой указывают некоторые согласующиеся друг с другом гравитационные эффекты. Обнаружение гипотетических слабовзаимодействующих частиц темной материи (WIMP) является целью эксперимента Darkside [1]. Центральной частью детектора Darkside-50 является двухфазная времяпроекционная камера, заполненная жидким 40Ar с тонким газовым слоем в верхней части камеры. Жидкий аргон обеднен по природному изотопу 39Ar и постоянно циркулирует через систему, обеспечивающую несколько стадий очистки от примесей. Предполагается, что WIMP может испытать упругое рассеяние на ядре рабочего вещества, что приводит к возбуждению ядра. Одним из механизмов «снятия» возбуждения, позволяющим зарегистрировать факт взаимодействия, является сцинтилляция молекул жидкого аргона, которая регистрируется детектором с помощью ФЭУ (S1). Ионизационные сигналы (S2) образуются в результате электролюминесценции в газовой фазе электронов, возникших в результате ионизации аргона в первичном взаимодействии S1 и последующего ускоренного движения этих электронов к границе раздела фаз во внешнем электрическом поле. Зависимость амплитуды и формы сигналов S1 и S2 от времени, а также соотношение их параметров, позволяет определять характер взаимодействия частицы с веществом детектора, в частности, если частица изначально взаимодействовала с ядром аргона, то затухание сцинтилляционного сигнала происходит быстрее, чем если взаимодействие было с электронами атома аргона, а ионизационный сигнал в случае взаимодействия с ядром будет значительно меньше по величине. На основании этого эффекта производится отделение фоновых событий от полезных. Малое сечение взаимодействия WIMP с ядрами аргона приводит к требованию низкофоновости чувствительного объема детектора. Источниками фона являются взаимодействия с γ-частицами, возникающими в α- и β-распадах, с нейтронами космогенного и радиогенного происхождения, а также с α- и β-частицами, последние образуются в результате β-распада 39Ar [2]. Было установлено, что форма и временные характеристики сигналов S2 зависят от природы сигнала S1, то есть от природы первичного взаимодействия. Тем не менее, при некоторых условиях сигналы S1 не могут быть зарегистрированы, притом что сигналы S2 надежно детектируются. Это связано, в частности с тем, что сигналы S2 имеют меньший энергетический порог в детекторе, поэтому на их анализе основан поиск частиц темной материи в области низких масс, так как низкомассовым частицам соответствует меньшее энерговыделение в процессе рассеяния. Наиболее низкоэнергетические события соответствуют единственному ионизационному электрону [3]. Анализ большого массива экспериментальных данных только событий типа S2 показал, что наблюдаются события типа S2, которые не имеют соответствующих первичных событий S1, или наблюдается их аномальное запаздывание. Была предложена гипотеза о возникновении одноэлектронных событий S2, вызываемых захватом ионизационных электронов примесями в жидком аргоне и последующем их испускании. Такие события также являются источником фона. В качестве примесей в первую очередь рассматриваются молекулы О2, которые могут содержаться в газовой фазе, а также попадать в рабочее вещество с элементов детектора. Для проверки гипотезы было проведено сравнение данных, накопленных в период выключения на техническое обслуживание фильтрующего устройства. В этот период повышается вероятность накопления примесей в жидком аргоне – рабочем веществе детектора. В процессе обработки производился отбор ионизационных сигналов по форме сигнала, описанный выше. Для выделения сигналов, соответствующих одноэлектронным событиям, было построено распределение числа ионизационных сигналов по величине. Данное распределение аппроксимируется совокупностью нормальных распределений, причем каждому максимуму распределения соответствует выделение энергии на один ионизационный электрон [3]. В результате был обнаружен рост числа одноэлектронных событий со временем, прошедшим с момента отключения фильтрующего устройства, при этом общее число зарегистрированных событий выходит на постоянную величину. Таким образом, было установлено наличие фоновых событий, вызываемых наличием примесей в веществе детектора. Исключение данных событий при анализе данных позволит повысить точность получаемых данных, особенно в случае рассмотрения в анализе только ионизационных событий S2, что позволяет расширить область поиска частиц темной материи в область более низких значений массы.