Введение

эксперимент
Эксперимент DAMA/NaI исследовал наличие частиц темной материи в галактическом гало, используя годовую модуляцию сигнала, не зависящую от конкретной модели. Основываясь на орбите Земли вокруг Солнца и скорости Солнечной системы относительно центра галактики (которую в коротких временных масштабах можно считать постоянной), Земля должна испытывать более высокий поток частиц темной материи примерно 1 июня, когда ее орбитальная скорость складывается со скоростью движения Солнечной системы относительно галактики, и меньший поток примерно 2 декабря, когда эти две скорости вычитаются. Годовая модуляция сигнала является уникальной, поскольку эффект, вызванный частицами темной материи, должен одновременно соответствовать множеству требований.

Описание

Экспериментальная установка находилась глубоко под землей в Laboratori Nazionali del Gran Sasso в Италии. Экспериментальная установка состояла из девяти 9,70 кг сцинтиллирующих кристаллов йодида натрия с низкой радиоактивностью, легированных таллием [NaI(Tl)]. Каждый кристалл был обращен к двум фотоумножителям с низким фоном через световоды длиной 10 см. Детекторы были установлены внутри герметичной медной коробки, продутой высокочистым азотом, для изоляции детекторов от воздуха, содержащего следовые количества радона, радиоактивного газа. Для снижения естественного фонового излучения медная коробка заключена в многокомпонентный многотонный пассивный экран из меди, свинца, полиэтилена/парафина и кадмиевой фольги. Весь экран заключен в плексигласовую коробку, которая также поддерживается в атмосфере высокочистого азота. Бетонный замедлитель нейтронов толщиной 1 м в значительной степени окружает установку. Эксперимент был выполнен в соответствии с предложением Пьерлуиджи Белли (тогда аспиранта, а сейчас директора по исследованиям Итальянского национального института ядерной физики), которое затем было развито его исследовательской группой.

Результаты

DAMA/NaI зафиксировал сигнал годичной модуляции на протяжении 7 годовых циклов (1995–2002). О наличии в данных DAMA/NaI модели-независимых положительных свидетельств впервые сообщило сотрудничество DAMA осенью 1997 года, а публикация результатов состоялась в начале 1998 года. Итоговая статья с полными результатами была опубликована в 2003 году после завершения эксперимента в июле 2002 года. Модели-независимые свидетельства согласуются с широким спектром сценариев, касающихся природы кандидата в темную материю и связанных с ней астрофизических, ядерных и физических явлений, например: нейтралино, неэластичная темная материя, самовзаимодействующая темная материя и тяжелые нейтрино четвертого поколения. Тщательное количественное исследование возможных источников систематических погрешностей и фоновых реакций регулярно проводилось и публиковалось при каждой публикации данных. Не было обнаружено ни одного систематического эффекта или фоновой реакции, способных объяснить наблюдаемую амплитуду модуляции и одновременно удовлетворить всем требованиям к сигнатуре. Эксперимент также получил и опубликовал множество результатов, касающихся других процессов и подходов.

Скептицизм

Отрицательные результаты эксперимента XENON по поиску темной материи, по-видимому, противоречат результатам DAMA/Nal. Сотрудничество COSINE 100 работает в Корее над подтверждением или опровержением сигнала DAMA. Они используют аналогичную экспериментальную установку, как и DAMA (кристаллы NaI(Tl)). Они опубликовали свои результаты в декабре 2018 года в журнале Nature, заключив, что их "результат исключает взаимодействия вимп-нуклонов как причину ежегодной модуляции, наблюдаемой коллаборацией DAMA". Было указано, что возможное объяснение наблюдаемой модуляции может быть связано с процедурой анализа данных. Ежегодное вычитание постоянной составляющей может приводить к появлению пилообразного остатка при наличии более медленной временной зависимости. Новое подтверждение этой гипотезы появилось в августе 2022 года, когда COSINE 100 применил метод анализа, аналогичный используемому DAMA/LIBRA, и обнаружил схожую годовую модуляцию, что позволяет предположить, что сигнал может быть просто статистическим артефактом. В мае 2021 года эксперимент ANAIS по прямому обнаружению темной материи, после сбора данных в течение 3 лет в подземной лаборатории Канфранка в Испании, не обнаружил свидетельств ежегодной модуляции в 112,5 кг кристаллов NaI(Tl) и, таким образом, не согласуется с результатами DAMA/NaI и DAMA/LIBRA, а в ноябре новые результаты эксперимента COSINE 100, полученные после 1,7 лет сбора данных, также не позволили воспроизвести сигнал DAMA.

Последующие действия

DAMA/NaI был заменен экспериментом нового поколения, DAMA/LIBRA. Эти эксперименты проводятся итальянскими и китайскими учеными.