Экспериментальное и теоретическое исследование проблем тёмной материи и тёмной энергии

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 16-12-10037

НазваниеЭкспериментальное и теоретическое исследование проблем тёмной материи и тёмной энергии

Руководитель Долгов Александр Дмитриевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" , Новосибирская обл

Конкурс №13 - Конкурс 2016 года на получение грантов по приоритетному направлению деятельности РНФ «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-706 - Космология и микрофизика

Ключевые слова тёмная материя, тёмная энергия, двухфазные детекторы тёмной материи, эксперимент DarkSide по поиску тёмной материи, модификация ОТО, ранние структуры в космологии, бариогенезис в классической теории и модифицированной ОТО, эволюция космологических доменных стенок, генерация космологической антиматерии, аксионо-подобные частицы

Код ГРНТИ41.17.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Предполагаемая программа исследований в рамках Гранта состоит из двух частей: экспериментальной разработки сверхчувствительного детектора для прямой регистрации тёмной материи, включая в рамках эксперимента DarkSide, и теоретического изучения свойств тёмной материи и тёмной энергии. Для экспериментального решения проблемы поиска тёмной материи предполагается вести исследования в двух пересекающихся направлениях: во-первых, разработать двухфазный криогенный лавинный детектор (ДКЛД) в аргоне предельной чувствительности для регистрации ядер отдачи для экспериментов по поиску тёмной материи в области малых масс (менее 10 ГэВ); во-вторых, провести исследование и разработку ДКЛД по программе, адаптированной к программе эксперимента DarkSide (Гран-Сассо, Италия), единственному действующему эксперименту, использующему аргон, по поиску тёмной материи в области больших масс (более 100 ГэВ). В первом направлении, пониженный порог регистрации ядер отдачи, порядка 1 кэВ, позволит провести независимую проверку результатов эксперимента DAMA/LIBRA по наблюдению сигналов от тёмной материи с массой менее 10 ГэВ. Новым подходом, в отличие от традиционной схемы двухфазных детекторов тёмной материи, является то, что ионизационный сигнал, после эмиссии электронов из жидкости в газ, регистрируется в электролюминесцентном зазоре с помощью гейгеровских лавинных фотодиодов (ГЛФД или SiPM), а в аргон добавляется малая (порядка 100 ppm) добавка азота, которая позволит сместить спектр электролюминесценции (ЭЛ) из вакуумного ультрафиолета в область ближнего ультрафиолета, где эффективность светосбора на порядок выше. Эти идеи основываются на разработках и открытиях, сделанных нашей группой в последние 3 года. Главными достоинствами такого ДКЛД будет способность эффективно работать при предельно низком энергетическом пороге, вплоть до долей кэВ, а также улучшенное пространственное разрешение. Будет также изучен отклик детектора на ядра отдачи, индуцированные рассеянием нейтронов и имитирующие сигнал от частиц тёмной материи, для решения проблемы энергетической калибровки детекторов тёмной материи в аргоне. Во втором направлении, в связи с присоединением нашей группы к эксперименту DarkSide, программа исследований будет вестись по 3 пунктам, адаптированным к потребностям DarkSide: разработка считывания сцинтилляционного (S1) и ионизационного сигнала (S2) в двухфазных детекторах в аргоне – впервые с помощью матриц ГЛФД (с целью полностью отказаться от ФЭУ); исследование двухфазных детекторов в аргоне с усиленной чувствительностью к S2 – за счёт добавки азота и других способов; решение проблемы расхождения существующих данных по энергетической калибровке двухфазных детекторов тёмной материи в аргоне – путем систематического измерения сцинтилляционного и ионизационного выхода в жидком аргоне с помощью нейтронного генератора и сверхчувствительного ДКЛД ядер отдачи. Теоретический анализ свойств тёмной материи с использованием астрономических данных поможет определить возможный диапазон масс различных типов носителей тёмной материи и тем самым сформулировать требования к детектору. Конкретно предполагается изучение свойств лёгких миллизаряженных частиц, их кинетики и роли в космологической эволюции. Кроме того, будут рассмотрены различные типы и комбинации стабильных и распадающихся частиц. В модели модифицированной F(R) гравитации, которая является альтернативой тёмной энергии, будут проведены исследования гравитационной неустойчивости, в частности, в ранней вселенной на фоне обнаруженных в наших предыдущих работах высокочастотных осцилляций кривизны. Планируется также изучение проблемы вакуумной энергии и связи её с тёмной энергией. Будет проведён детальный анализ популярного сценария бариогенезиса, так называемого спонтанного бариогенезиса, как в обычной ОТО, так и в модифицированной гравитации. Мы расчитываем получить на этом пути новые результаты о величине барионной асимметрии вселенной, оценить возможность рождения антиматерии, определить величину возникающих в процессе бариогенезиса неоднородностей плотности и влияние этого процесса на определение свойств тёмной материи.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Долгов А.Д., Годунов С.И., Руденко А.С. Evolution of thick domain walls in inflationary and p=w pho universe European Physical Journal C, Volume 78, Issue 10, Номер статьи 855 (год публикации - 2018)
10.1140/epjc/s10052-018-6350-7

2. Долгов А.Д., Годунов С.И., Руденко А.С. Domain Walls in the Early Universe and Generation of Matter and Antimatter Domains EPJ Web of Conferences, Volume 182, Номер статьи 02048 (год публикации - 2018)
10.1051/epjconf/201818202048

3. Эйлли Д. Axion mediated photon to dark photon mixing European Physical Journal C, Volume 78, Issue 1, Номер статьи 63 (год публикации - 2018)
10.1140/epjc/s10052-017-5506-1

4. Долгов А.Д., Годунов С.И., Руденко А.С. Evolution of a domain wall in expanding universe: inflation and after it EPJ Web of Conferences, Volume 191, Номер статьи 08004 (год публикации - 2018)
10.1051/epjconf/201819108004

5. Бузулуцков А., Шемякина Е., Бондарь А., Долгов А., Фролов Е., Носов В., Олейников В., Шехтман Л., Соколов А. Revealing neutral bremsstrahlung in two-phase argon electroluminescence Astroparticle Physics, Volume 103, Pages 29-40 (год публикации - 2018)
10.1016/j.astropartphys.2018.06.005

6. Арбузова Е.В., Долгов А.Д., Сингх Р.Ш. Distortion of the standard cosmology in R + R^2 theory Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, Volume 2018, Issue 7, Номер статьи 019 (год публикации - 2018)
10.1088/1475-7516/2018/07/019

7. Чаудхури А., Долгов А. Electroweak phase transition and entropy release in the early universe Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, Volume 2018, Issue 1, Номер статьи 032 (год публикации - 2018)
10.1088/1475-7516/2018/01/032

8. Арбузова Е.В., Долгов А.Д., Ревербери Л. Cosmic ray production in modified gravity European Physical Journal C, Volume 78, Issue 6, Номер статьи 481 (год публикации - 2018)
10.1140/epjc/s10052-018-5968-9

9. Долгов А.Д. Massive and supermassive black holes in the contemporary and early Universe and problems in cosmology and astrophysics Physics-Uspekhi, Volume 61, Issue 2, Pages 115-132 (год публикации - 2018)
10.3367/UFNr.2017.06.038153

10. Долгов А., Постнов К. Electromagnetic Radiation Accompanying Gravitational Waves from Black Hole Binaries Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP), Volume 2017, Issue 9, Article number 018 (год публикации - 2017)
10.1088/1475-7516/2017/09/018

11. Бондарь А., Бузулуцков А., Долгов А., Фролов Е., Носов В., Олейников В., Шехтман Л., Шемякина Е., Соколов А. Further studies of proportional electroluminescence in two-phase argon Journal of Instrumentation (JINST), Volume 12, Issue 5, Article number C05016 (год публикации - 2017)
10.1088/1748-0221/12/05/C05016

12. Бузулуцков А. Photon emission and atomic collision processes in two-phase argon doped with xenon and nitrogen Europhysics Letters, Volume 117, Issue 3, Article number 39002 (год публикации - 2017)
10.1209/0295-5075/117/39002

13. Эйлли Д. Magneto-optic effects of the Cosmic Microwave Background Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (год публикации - 2016)

14. Арбузова Е.В., Долгов А.Д., Новиков В.А. General properties and kinetics of spontaneous baryogenesis Physical Review D, Volume 94, Issue 12, 123501 (год публикации - 2016)
10.1103/PhysRevD.94.123501

15. Арбузова Е.В., Долгов А.Д. Intrinsic problems of the gravitational baryogenesis Physics Letters B, Volume 769, Pages 171-175 (год публикации - 2017)
10.1016/j.physletb.2017.03.055

Публикации

13. Эйлли Д. Magneto-optic effects of the Cosmic Microwave Background Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (год публикации - 2016)

Публикации

13. Эйлли Д. Magneto-optic effects of the Cosmic Microwave Background Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (год публикации - 2016)