Физики обнародовали новые результаты самой масштабной охоты за частицами темной материи
Ученые, которые работают с самым чувствительным в мире детектором темной материи LUX-ZEPLIN, рассказали о первых масштабных результатах работы этой машины. Новые данные хотя и оказались вполне ожидаемыми, но все же вселяют надежду. По мнению исследователей, люди как никогда оказались близки к обнаружению частиц этой загадочной субстанции.
Темная материя - таинственная субстанция, которую никто никогда не видел и не регистрировал. Причина: она мало взаимодействует с обычной материей или светом, поэтому «поймать» ее специальными приборами сложно. Ученые догадываются о ее существовании только по косвенным признакам: благодаря гравитационному воздействию, которое темная материя, вероятно, оказывает на обычную.
Предполагается, что на темную материю приходится 80 процентов всего вещества во Вселенной. Она необходима для объяснения нестыковок в поведении физических тел. В частности, так объясняют проблемы скрытой массы в эффектах аномально высокой скорости вращения внешних областей галактик и гравитационного линзирования.
Многие физики считают, что основу этой загадочной субстанции составляют гипотетические слабо взаимодействующие массивные частицы - вимпы (WIMPs). Эти частицы ученые и пытаются «поймать», причем не одно десятилетие. Поисками вимпов обычно занимаются под землей, где наиболее благоприятные для этого условия, с помощью мощных и дорогих установок - детекторов темной материи.
Обнаружить эту таинственную субстанцию пытались в Китае во время эксперимента PandaX, в центральной части Италии, в глубине горного массива Гран-Сассо, где проходил эксперимент XENON100, и даже на Южном полюсе, где находится нейтринная обсерватория IceCube. Однако ни один из детекторов так и не дал сенсационных результатов.
В 2022 году у людей появился шанс найти темную материю. В бывшем золотом руднике в подземном исследовательском центре Сэнфорда (США), который расположен на глубине 1,5 километра, заработал крупнейший и самый чувствительный в мире детектор вимпов - LUX-ZEPLIN. Установка фиксирует столкновение частиц темной материи с атомами жидкого ксенона (резервуар детектора содержит рекордные семь тонн жидкого ксенона).
Спустя 280 дней работы научного инструмента международная команда физиков представила первые результаты на двух конференциях по физике: TeV Particle Astrophysics в США и LIDINE в Бразилии.
Согласно отчету ученых, LUX-ZEPLIN не обнаружил ни одного кандидата в вимпы с необходимой для них массой выше девяти гигаэлектронвольт. Выводы исследователей хотя и могут показаться разочарованием, но позволили «наложить жесткие ограничения на природу темной материи», сократив диапазон свойств, которыми она может обладать, почти в пять раз. То есть физики стали лучше понимать, каких именно свойств у частиц темной материи нет.
«Если провести житейское сравнение с детекторами, которые люди используют для поиска темной материи, то представьте себе океан, в котором живет волшебная рыбка - вимп. Нам нужно ее найти, но мы понятия не имеем, где искать. Сперва мы зашли в океан нагишом, но ничего не нашли. Затем взяли трубку, плавали снова, на этот раз погрузились на глубину, но и там нас ждало разочарование. Мы вышли из океана, чтобы вернуться в него уже на подводной лодке - с детектором LUX-ZEPLIN, однако и в этот раз ничего путного. Тем не менее такие последовательные исследования позволили нам изучить примерно 75 процентов океана. В следующий раз мы войдем в него с еще более мощной установкой», - пояснил участник проекта LUX-ZEPLIN, физик Чамкаур Гаг (Chamkaur Ghag) из Университетского колледжа Лондона.
Слева: схема детектора LUX-ZEPLIN. Справа: иллюстрация работы LUX-ZEPLIN - частицы взаимодействуют в жидком ксеноне, высвобождая вспышку света и заряд, которые собираются решетками фотоумножителей сверху и снизу / © Sanford Underground Research Facility
Детектор LUX-ZEPLIN продолжит поиски вимпов. Ожидается, что в общей сложности он проработает 1000 дней и закончит свои исследования в 2028 году. Затем его сменит детектор следующего поколения XLZD. Если и он не обнаружит темную материю, вероятно, ученым придется пересмотреть отношение к этой загадочной субстанции.
Впрочем, многие исследователи сомневаются, что темная материя состоит именно из тех частиц, которые ищет LUX-ZEPLIN. Есть и те, кто считают, что она вообще не состоит из частиц, а иные - что темная материя вообще не существует.
_____
Информация об авторе блога здесь.
Смотрите нас на YouTube, читайте в Telegram.
Следите за новым и интересным из мира науки на нашей страничке в Google Новости или на официальном сайте издания.
Если вам нравятся мои статьи, меня всегда можно поддержать «трудовым рублем»: карта Сбера - 5336 6902 0053 5906
Либо по ссылке ниже 👇👇👇