Міжнародна колаборація XENON закінчила роботу над новим детектором WIMP - масивних частинок, які слабозабезпечують, кандидатів у частинки темної матерії. Пристрій встановлено на глибині 1400 метрів під горою Гран Сассо і являє собою резервуар, заповнений рідким ксеноном. Дослідники відзначають, що це найбільш чутливий на даний момент детектор WIMP. До 2020 року його накопичена чутливість зможе виключити або виявити існування важких частинок темної матерії, передбачених у рамках суперсиметричних моделей. Про детектора розповідає журнал Symmetry.
Новий детектор отримав назву XENON1T. Він являє собою циліндр, висотою і радіусом в один метр, заповнений 3,5 тоннами рідкого ксенона. Рідина оточена високочутливими фотодетекторами, здатними зафіксувати навіть поодинокі фотони, породжені всередині пристрою. Незалежно від того, як WIMP провзаимодействует з ксеноном - вибивши його ядро або один з електронів, цей процес буде супроводжуватися ультрафіолетовим випромінюванням та іонізацією. Всередині циліндра створено сильне електричне поле, здатне направляти вивільнені електрони нагору, до кришки камери, де вони породжують другий спалах у сцинтиляційному шарі.
За різницею в часі між двома спалахами вчені зможуть визначити, які саме взаємодії відбулися в детекторі і зібрати статистику проявів WIMP. За розрахунками фізиків, за рік на кожну тонну ксенону можна очікувати одну таку подію. У тому випадку, якщо за перший час детектор не виявить проявів темної матерії, у дослідників є можливість легко підняти його чутливість, збільшивши обсяг надчистого ксенона в камері до 7 тонн. Старт експерименту призначено на березень 2016.
Найважливішою умовою для надійного виявлення WIMP є відсутність у камері побічних процесів, таких як взаємодія з іншими частинками ззовні і радіоактивних розпадів всередині детектора. Тому крім 1400 метрів гірської породи, XENON1T оточений кількома шарами води, міді, свинцю та інших матеріалів, покликаних захистити його від космічних частинок. Перешкодити детектуванню можуть і домішки кисню, здатні захоплювати електрони, а також радіоактивні ізотопи криптона, які надзвичайно важко відокремити від ксенона. Щоб уникнути цього, інженери встановили в камері спеціальний фільтр, щохвилини очищає 100 літрів ксенону
Попередники нового детектора, XENON 10 і XENON 100 містили відповідно 25 і 160 кілограм рідкого ксенона. Найбільші на сьогоднішній день ксенонові детектори - LUX (Великий Підземний Ксеноновий детектор, США) і XMASS-I (Японія) - містять відповідно 370 і 835 кілограм речовини. Жоден з цих детекторів не виявив на даний момент статистично значущих сигналів WIMP.
Чутливість XENON1T приблизно на три порядку вище, ніж у його попередника, XENON 100 і дозволяє впевнено «промацати» більшу частину WIMP, передбачених мінімальною суперсиметричною Стандартною моделлю, вже через два роки роботи. Однак існує ряд припущень, в яких ці частинки лежать поза областю чутливості нового детектора - наприклад, якщо вони ще слабкіше взаємодіють з речовиною, або ж володіють істотно більшою (більше тисячі ГЕВ) масою. Крім того частинки темної матерії можуть бути і легкими, до 7 ГЕВ, тоді детектор також не зможе їх побачити.
WIMP - одні з головних кандидатів на роль небаріонної темної матерії. Вони являють собою вкрай масивні частинки (як мінімум в десятки разів більше маси протона), що майже не взаємодіють з навколишньою речовиною. Їх пошук ведеться різними групами вчених, зокрема і на Великому Адронному Коллайдері. На даний момент є лише одне експериментальне спостереження, яке підтримує гіпотезу про існування WIMP - експеримент DAMA, що стартував 17 років тому в Гран Сассо. DAMA виявив сезонні варіації в сигналах детектора, які вчені пояснюють різницею в швидкості Землі щодо гало темної матерії нашої галактики: в різних точках орбіти наша планета отримує або позитивну, або негативну добавку до своєї швидкості щодо центру Чумацького шляху.