Детектор XENON1T, що містить 3,5 тонни ксенону (1,3 тонни в робочому обсязі), пропрацював 279 днів, але так і не виявив частинки темної матерії. Це практично виключає існування гіпотетичних частинок - вімпів - з масами від 6 до 200 гігаелектронвольт. Стаття про результати роботи прийнята до публікації в, коротко про неї повідомляє прес-реліз організації.
Темна матерія становить близько 20 відсотків маси Всесвіту, проте всі свідчення на користь її існування, такі як криві обертання галактик, гравітаційне лінзування і вимірювання темпу розширення Всесвіту, носять гравітаційний характер. Фізики досі не знають, з чого складається темна матерія. Це не можуть бути частинки Стандартної моделі, оскільки вони випускали б електромагнітне випромінювання і були б виявлені за допомогою телескопів. Тому вчені вважають, що темна матерія складається з якихось невідомих частинок, які практично безперешкодно проходять крізь звичайну речовину, але мають досить велику сумарну масу, щоб проявляти себе в гравітаційних взаємодіях.
Основний кандидат на гіпотетичні частинки темної матерії - це вімпи, які слабо взаємодіють масивні частинки (Weakly Interacting Massive Particles, WIMP). Передбачається, що ці частинки мають масу близько 1-100 гігаелектронвольт (тобто масивніше протона) і беруть участь тільки в слабкій і гравітаційній взаємодії, тому переріз їх взаємодії зі звичайними частинками має бути дуже маленьким, хоча і відмінним від нуля. Теоретично, це дозволяє зареєструвати частинку, якщо спорудити великий детектор, що містить дуже багато атомів речовини, і спостерігати за ним протягом довгого часу. Рано чи пізно вімп зіткнеться з ядром одного з атомів і викличе характерний спалах, який можна побачити за допомогою стандартних вимірювальних приладів. За величиною віддачі частинки можна оцінити масу вімпа, а за частотою спалахів - переріз взаємодії. У свій час цей спосіб був перевірений на нейтрино, які теж дуже слабо взаємодіють з речовиною, проте для частинок темної матерії подібні події поки не спостерігалися.
Детектор XENON1T відноситься саме до такого типу установок. Як робоче тіло в ньому використовується 3,5 тонни рідкого ксенона, охолодженого до температури близько 178 градусів Кельвіна (_ 95 градусів Цельсія). Правда, ефективно з них «працюють» тільки 1,3 тонни, що знаходяться в центрі детектора (так званий fiducial volume), захищені від фонового шуму периферійними областями і додатковим шаром води товщиною близько 10 метрів. Обсяг детектора постійно переглядають чутливі фотодетектори, які можуть помітити слабкий спалах, який виникає при зіткненні вімпа з атомом ксенона. Крім того, детектор пронизує сильне електричне поле, яке прискорює електрони, що відірвалися від атома при зіткненні, і направляє їх на шар сцинтилятора, розташований біля кришки камери. Вимірюючи тимчасову затримку між подіями, вчені оцінюють параметри частинки, що зіткнулася з атомом, і відсіюють зайві події (наприклад, події, що відповідають зіткненню з мюоном).
За оцінками вчених, розрахованими на підставі даних попередніх експериментів, за 279 днів спостережень детектор повинен був зареєструвати одну-дві події, що відповідають зіткненням з вімпами. На жаль, насправді подібні події не спостерігалися. Таким чином, експеримент встановлює найжорсткіші обмеження на перетин взаємодії вімпів з частинками звичайної матерії - як випливає з експериментальних даних, воно не повинно перевищувати 10 − 47 квадратних сантиметрів в діапазоні мас від 6 до 200 гігаелектронвольт.
Історія проекту XENON почалася понад 10 років тому - перша версія детектора почала працювати в березні 2006 року і містила 15 кілограмів рідкого ксенона (5 кілограм у робочій області). У 2008 році обсяг робочої області детектора був збільшений до 62 кілограмів; це дозволило вченим збільшити чутливість установки на кілька порядків і спростувати результати групи DAMA, що заявляла про реєстрацію сезонних коливань сигналу темної матерії. Робота над поточною версією детектора, що містить 3,5 тонни благородного газу, закінчилася в листопаді 2015 року, а результати першого пробного запуску, що тривав близько місяця, були опубліковані в травні минулого року. Зрозуміло, того разу детектор теж нічого не знайшов. Тим не менш, фізики не втрачають надії і продовжують удосконалювати детектор - так, в наступній його версії маса робочої області буде доведена до чотирьох тонн, а фоновий шум знижений в десять разів.
Варто відзначити, що конструкція детектора XENON1T дозволяє йому «відчувати» тільки частинки з масою від 6 до 200 гігаелектронвольт - іншими словами, не можна стверджувати, що результати вимірювань повністю виключають вімпи. Як би там не було, це серйозний аргумент проти їх існування, а негативні результати інших експериментів з пошуку вімпів тільки погіршують ситуацію. Тому останнім часом фізики поступово перемикаються на перевірку інших теорій, в яких частинки темної матерії мають зовсім інші властивості - наприклад, надлегких аксіонів або первинних чорних дір. Проте, ці пошуки теж поки ще не увінчалися успіхом.