弱く相互作用する巨大粒子
直接検出とは、ダークマターが地球の実験室の検出器を通過するときのWIMP-核衝突の影響を観察することを指します。ほとんどのWIMPモデルは、間接的な検出実験が成功するためには、大きな天体で十分な数のWimpを捕獲しなければならないことを示していますが、これらのモデルが間違っているか、ダークマター現象の一部だけを説明している可能性があります。 したがって、冷たい暗黒物質の存在の間接的な証拠を提供することに専念した複数の実験でも、直接検出測定は、WIMPsの理論を固めるためにも必要です。
太陽や地球に遭遇するほとんどの弱虫は何の影響もなく通過すると予想されていますが、十分に大きな検出器を横断する多数の暗黒物質の弱虫が、少なくとも年に数回は見られるほど頻繁に相互作用することが期待されています。 WIMPsを検出するための現在の試みの一般的な戦略は、大量にスケールアップすることができる非常に敏感なシステムを見つけることです。 これは、ニュートリノの発見と（今では）日常的な検出の歴史から学んだ教訓に従います。
実験技術編集
極低温結晶検出器–Soudan鉱山の極低温ダークマター探索（CDMS）検出器で使用される技術は、複数の非常に冷たいゲルマニウムとシリコン結晶に依存しています。 結晶（それぞれホッケーパックの大きさについて）は、約50mKに冷却される。 表面の金属（アルミニウムおよびタングステン）の層が水晶を通る弱虫を検出するのに使用されています。 この設計は、弱虫によって”蹴られた”原子によって生成された結晶マトリックスの振動を検出することを望んでいます。 タングステン遷移端センサ（ＴＥＳ）は臨界温度に保持され，超伝導状態にある。 大きな結晶振動は金属中に熱を発生させ、抵抗の変化のために検出可能である。 CRESST、CoGeNT、およびEDELWEISSは同様の設定を実行します。
希ガスシンチレータ–弱虫によって”ノックされた”原子を検出する別の方法は、シンチレータ材料を使用して、移動する原子によって光パルスが生成され、しばしばPMTsで検出されるようにすることである。 SNOLABでのDEAPやLngs機器でのDarkSideなどの実験では、敏感なWIMP検索のための液体アルゴンの非常に大きなターゲット質量があります。 ZEPLINとキセノンは、キセノンを使用して、3.5トンの液体キセノンを利用したキセノン1t検出器によって提供された現在までの最も厳しい制限で、より高感度でWIMPsを排除した。 より大きい複数のトンの液体のキセノンの探知器はキセノン、ルクスZEPLINおよびPandaXの共同からの構造のために承認された。
結晶シンチレータ–液体希ガスの代わりに、原理的にはNaI(Tl)のようなシンチレータ結晶を使用する方が簡単です。 このアプローチは、WIMP検出と一致する信号の環状変調を観測した実験であるDAMA/LIBRAによって取られています（§Recent Limitsを参照）。 いくつかの実験は、南極のIceCube検出器とNaI結晶をコード展開しているANAISとDM-Iceを含む、これらの結果を複製しようとしています。 KIMSはシンチレータとしてCsI(Tl)を使用して同じ問題に近づいています。 COSINE-100コラボレーション（KIMSとDM–Iceグループの合併）は、DAMA/LIBRA信号の複製に関する結果を2018年にnature誌に発表しました。
Bubble chambers–PICASSO(Project In Canada To Search for Supersymmetric Objects)実験は、カナダのSNOLABにある直接暗黒物質探索実験です。 それは活動的な固まりとしてフロンが付いている泡探知器を使用する。 PICASSOは、主にWimpsとフロン中のフッ素原子とのスピン依存的相互作用に敏感である。 トリフルオロヨードメタン(CF3I)を用いた同様の実験であるCOUPPは、20GeVを超える質量の限界を2011年に発表した。 この2つの実験は2012年にPICO collaborationに統合されました。
気泡検出器は、ゲルマトリックス中に懸濁された過熱液体の小さな液滴を使用する放射線感受性デバイスです。 それは泡部屋の原則を使用するが、小さいしぶきだけ相転移を一度に経ることができるので探知器は大いに長期の間活動的にとどまることがで 電離放射線によって液滴に十分なエネルギーが堆積すると、過熱した液滴は気泡になる。 気泡の発生には、ピエゾ電気センサによってピックアップされる音響衝撃波が伴います。 気泡検出器技術の主な利点は、検出器が背景放射にほとんど無感覚であることである。 探知器の感受性は温度の変更によって、普通15°Cと55°C.の間で作動させる調節することができる。
PICASSO reports results(November2009)19F上のスピン依存性WIMP相互作用について、質量24Gevの新しい厳しい限界が13.9pb(90%CL)のスピン依存断面積に得られました。 得られた限界は，スピン依存相互作用の観点からＤＡＭＡ／ＬＩＢＲＡ年間変調効果の最近の解釈を制限した。
PICOは2015年に計画されたコンセプトの拡張です。
他のタイプの低圧ガスで満たされた検出器–時間投影室（Tpc）は、WIMP検出のために研究されています。 トラックからの方向反動同定（ドリフト）コラボレーションは、WIMP信号の予測された方向性を利用しようとしている。 ドリフトは二硫化炭素ターゲットを使用し、それは弱虫の反動が荷電粒子のトラックを残して、数ミリメートルを移動することができます。 この荷電トラックは、それが三次元で再構成され、原点方向を決定することを可能にするMWPC読み出し平面に漂流されます。 DMTPCはCF4ガスと同様の実験です。
最近の制限
現在、直接検出実験からのダークマターの検出は確認されておらず、図2に示すように、LUXとSuperCDMS実験からの最も強い排除限界があります。キセノンルクスの370キロでキセノンやCDMSよりも敏感です。 2013年10月の最初の結果は、信号が見られなかったことを報告し、感度の低い機器から得られた結果に反論しているように見える。 そして、これは2016年5月に最終データの実行が終了した後に確認されました。
歴史的には、異なる直接検出実験からの四つの異常なデータセットがあり、そのうちの二つは背景（CoGeNTとCRESST-II）で説明されており、二つは説明されていない（DAMA/LIBRAとCDMS-Si）。 2010年2月、CDMSの研究者は、WIMP-核衝突によって引き起こされた可能性のある2つの事象を観測したと発表した。
小さな質量の弱虫を感知するように設計された単一のゲルマニウムパックを使用した小型検出器CoGeNTは、56日間で数百の検出イベントを報告しました。 彼らは、光の暗黒物質を示す可能性のあるイベント率の年間変調を観察しました。 しかし、コージェントイベントのダークマター起源は、表面イベントからの背景の観点からの説明を支持して、より最近の分析によって反論されています。
年次変調は、弱虫信号の予測されるシグネチャの一つであり、これに基づいてDAMAコラボレーションは肯定的な検出を主張しています。 しかし、他のグループはこの結果を確認していない。 2004年5月に公開されたCDMSデータでは、Wimpと暗黒物質ハローの性質に関する一定の標準的な仮定を仮定して、DAMA信号領域全体を除外しており、これに続いて他の多くの実験が行われています(図2、右参照)。
COSINE-100collaboration(KIMSとDM-Iceグループの合併)は、DAMA/LIBRA信号の複製に関する結果を2018年12月にnature誌に発表しました。
直接検出の未来編集
2020年には、現在の最先端の感度よりも数桁小さいWIMP-核の断面積をプローブする複数のトンの質量直接検出実験が出現するはずである。 このような次世代の実験の例は、多トンの液体キセノン実験であるLUX-ZEPLIN（LZ）とXENONnT、続いて50–100トンの液体キセノン直接検出実験であるDARWINである。
このような多トン実験は、ニュートリノの形で新しい背景に直面することになり、ニュートリノ床として知られる特定の点を超えてWIMPパラメータ空間を探 しかし、その名前はハードリミットを意味するかもしれないが、ニュートリノフロアは、実験感度が露出の平方根（検出器の質量と走行時間の積）としてせいぜい改善することができるパラメータ空間の領域を表している。 10GeV未満のWIMP質量の場合、ニュートリノの背景の支配的な源は太陽からであり、高い質量の場合、背景には大気中のニュートリノと拡散した超新星ニュートリノの背景からの寄与が含まれている。