Физики всего мира пытаются обнаружить частицы темной материи и исследовать их взаимодействие с видимой материей, используя различные стратегии и детекторы. Поскольку эти частицы не излучают, не отражают и не поглощают свет, их очень трудно наблюдать, особенно используя традиционные методы. «Хайтек» рассказывает, что придумали ученые для поиска темной материи.
Исследователи из нескольких институтов придумали новый подход и представили его в статье, опубликованной в Physical Review Letters. Они предложили искать сигналы, намекающие на аннигиляцию темной материи в видимую внутри больших детекторов нейтрино.
Что такое темная материя?
Темная материя — это таинственная субстанция, которая заполняет Вселенную, но которую никто никогда не видел.
Темная материя составляет более 80% всей материи во Вселенной, но ученые никогда ее не наблюдали ее напрямую. Физики только предполагают, что она существует, потому что без нее поведение звезд, планет и галактик просто не имело бы смысла.
Темная материя совершенно невидима. Она не излучает ни света, ни энергии и поэтому ее нельзя обнаружить обычными датчиками и детекторами. Ученые считают, что ключ к его неуловимой природе должен лежать в ее составе.
Видимая материя, также называемая барионной материей, состоит из барионов — общего названия субатомных частиц, таких как протоны, нейтроны и электроны. Ученые только предполагают, из чего состоит темная материя. Он может состоять из барионов, а может быть и небарионным, то есть состоящим из разных типов частиц.
В чем идея?
Есть частицы темной материи, которые «связаны» с Землей. Они захватываются планетой в результате столкновений с ее составляющими. Он достаточно сильно взаимодействует с обычным барионным веществом и ученые считают, что ее плотность почти на 15 порядков больше, чем плотность галактической темной материи (~ 0,3 ГэВ/см3).
После того, как ученые решили искать именно «захваченную» темную материю, встал вопрос о том, как их обнаружить. Такие частицы отличаются малой кинетической энергией (~ 0,03 эВ), поэтому искать их с помощью традиционных экспериментов по прямому обнаружению практически невозможно. Они нечувствительны к такому низкому выделению энергии.
Есть выход
Вместо того, чтобы искать сигналы, намекающие на рассеяние частиц темной материи (как ученые делали раньше), авторы нового исследования предложили наблюдать аннигиляционные сигналы. Они возникают, когда частицы темной материи сталкиваются с другими и уничтожаются, высвобождая при этом энергию.
В отличие от сигналов рассеяния, сигналы аннигиляции не ограничены небольшим количеством кинетической энергии, поэтому их потенциально легче искать и обнаруживать.
Поскольку предполагается, что частиц темной материи, связанных с Землей, очень много, исследователи предложили искать их с помощью аннигиляции внутри огромных детекторов нейтрино, таких как Super-Kamiokande. Это крупномасштабный черенковский детектор, который находится под горой Икено в Японии. Его используют для изучения нейтрино, которые летят на Землю от Солнца, сверхновых, атмосферы и других источников.
По задумке, если частицы аннигилируют внутри детектора нейтрино, это может вызвать наблюдаемые сигнатуры. Получится ли так найти загадочную темную материю, покажет время.
Читать далее:
Назван витамин, который влияет на работу легких. Его нехватка вызывает астму
Посмотрите на 17 лет жизни планеты, которая в 12 раз больше Юпитера
Астрономы открыли волны размером с три Солнца на поверхности гигантской звезды
Изображение на обложке: Wikimedia Commons
