Кіріспе
эксперимент DAMA/NaI эксперименті галактикалық галодағы қара материя бөлшектерінің болуын модельге тәуелсіз жылдық модуляция сигналын пайдалану арқылы зерттеді. Жердің Күнді айналу орбитасы және Күн жүйесінің галактика орталығына қатысты жылдамдығын (қарқынды уақыт аралықтарында тұрақты деп есептесек) негізге алғанда, Жердің 1 маусымда орбиталық жылдамдығы Күн жүйесінің галактикаға қатысты жылдамдығымен қосылғанда, ал 2 желтоқсанда екі жылдамдық азайтылғанда қара материя бөлшектерінің күшті ағынына ұшырауы тиіс. Жылдық модуляция сигналы ерекше, себебі қара материя бөлшектерінің тудырған әсері бір уақытта көптеген талаптарды қанағаттандыруы керек.
The DAMA/NaI experiment investigated the presence of dark matter particles in the galactic halo by exploiting the model independent annual modulation signature. Based on the Earth's orbit around the Sun and the solar system's speed with respect to the center of the galaxy (which on short time scales can be considered constant), the Earth should be exposed to a higher flux of dark matter particles around June 1, when its orbital speed is added to the one of the solar system with respect to the galaxy and to a smaller one around December 2, when the two velocities are subtracted. The annual modulation signature is distinctive since the effect induced by dark matter particles must simultaneously satisfy many requirements.
Сипаттама
Эксперименттік орналым Италиядағы Laboratori Nazionali del Gran Sasso ұлттық зертханасында, жер астындағы тереңде орналасқан. Эксперименттік орналым тоғыз 9,70 кг салмақтағы, төмен радиоактивтілікке ие, талий қоспасы бар сцинтилляциялық натрий йодид кристалдарынан [NaI(Tl)] құралған. Әрбір кристалға 10 см жарықөткіштер арқылы екі төмен фондық фотокөбейтілгіш (фотомультипликатор) қаратылған. Детекторлар радиоактивті газ – радонның аздаған мөлшері бар ауадан оқшаулау үшін жоғары таза азотпен толтырылған мыс қорапқа орнатылды. Табиғи қоршаған ортаның әсерін азайту үшін мыс қорап, мыс, қорғасын, полиэтилен/парафин және кадмий фольгасынан жасалған көп компонентті, көп тонналық пассивті қорғанышқа енгізілген. Плексиглас қорап бүкіл қорғанышты қоршап тұрады және жоғары таза азот атмосферасында сақталады. Орналымды көбінесе 1 метр қалыңдығы бар бетонды нейтрон баяулағыш (модератор) қоршап тұрады. Эксперимент Пьерлуиджи Беллидің (сол кезде Ph.D. студенті, қазір Италияның Ұлттық Ядролық Физика институтының ғылыми директоры) ұсынысы бойынша жүргізілді, және оның зерттеу тобы оны одан әрі дамытты.
Нәтижелер
DAMA/NaI орнатылымы 7 жылдық цикл (1995–2002) ішінде жылдық модуляция сигнатурасын байқады. DAMA/NaI деректерінде модельге тәуелсіз оң нәтижелердің бар екендігі туралы алғаш рет DAMA ынтымақтастығы 1997 жылдың күзінде хабарлады және 1998 жылдың басында жариялады. Эксперимент 2002 жылдың шілдесінде аяқталғаннан кейін толық нәтижелермен соңғы мақала 2003 жылы жарияланды. Модельге тәуелсіз нәтижелер қараңғы материя кандидатының сипаты және оған байланысты астрофизикалық, ядролық және бөлшектер физикасы саласындағы сценарийлердің кең спектрімен сәйкес келеді, мысалы: нейтралинолар, серпімелі емес қара материя, өзімен әрекеттесетін қара материя және ауыр 4-ші буын нейтринолары. Жүйелі қателер мен қосымша реакциялардың ықтимал көздерін мұқият сандық зерттеу жүйелі түрде жүргізіліп, әр деректер жинағы жарияланғанда нәтижелері жарияланды. Байқалған модуляция амплитудасын түсіндіре алатын және бір мезгілде сигналдың барлық талаптарын қанағаттандыратын жүйелі әсер немесе қосымша реакция табылмады. Эксперимент сонымен қатар басқа процестер мен тәсілдер бойынша көптеген нәтижелер алды және жариялады.
Скептицизм
XENON қараңғы материяны іздеу экспериментінен алынған теріс нәтижелер DAMA/NAL нәтижелерімен келіспейді. COSINE 100 ынтымақтастығы Кореяда DAMA сигналын растау не жоққа шығару жұмыстарын жүргізіп жатыр. Олар DAMA-ға ұқсас эксперименталық орналымды қолданады (NaI(Tl) кристалдары). Олар өз нәтижелерін 2018 жылдың желтоқсанында Nature журналында жариялады; олардың қорытындысы, «олардың нәтижесі DAMA ынтымақтастығы байқаған жылдық модуляцияның себебі ретінде WIMP-нуклон өзара әрекеттесуін жоққа шығарады» делінген. Хабарланған модуляцияның себебі деректерді талдау процедурасынан туындауы мүмкін екендігі көрсетілді. Тұрақты компонентті жыл сайын алып тастау, уақытқа тәуелділігі баяу болған жағдайда, тісқақталған қалдыққа әкелуі мүмкін. Бұл гипотезаға 2022 жылдың тамызында COSINE 100 DAMA/LIBRA қолданғанға ұқсас талдау әдісін қолданғанда қосымша қолдау келді және сигнал статистикалық артефакт болуы мүмкін екенін көрсететін ұқсас жылдық модуляцияны тапты. 2021 жылдың мамырында ANAIS қараңғы материяны тікелей анықтау эксперименті Испаниядағы Канфранк жер асты зертханасында 3 жылдық деректерді жинағаннан кейін 112,5 кг NaI(Tl) кристалдарында жылдық модуляцияның кез келген белгісін көрмеді, демек DAMA/NaI және DAMA/LIBRA-мен үйлесімсіз, ал қарашада COSINE 100 экспериментінен 1,7 жылдық деректерді жинағаннан кейін алынған жаңа нәтижелер DAMA сигналын қайталай алмады.
Қадағалау
DAMA/NaI жаңа буын эксперименті – DAMA/LIBRA-мен ауыстырылды. Бұл эксперименттерді итальяндық және қытай зерттеушілері жүргізеді.