Физики уже почувствовали загадочную субстанцию, но еще не зафиксировали ее

Графика pixabay.com

Астрофизики, связанные с весьма специфической фундаментальной проблемой современной космологии, провозгласили 31 октября Днем темной материи (в этот же день отмечается и День Всех Святых, то есть Хеллоуин). В России к 2022 году планируется создать новый телескоп TASTE (Troitsk Axion Solar Telescope), предназначенный для поисков загадочных «осевых» аксионов. Последние предложены в качестве гипотетических частиц темной материи.

Другим кандидатом на эту роль долгое время считались WIMP, или слабо взаимодействующие частицы материи. Существование обоих типов частиц пока не подтверждено экспериментально, хотя в Европейском центре ядерных исследований в Женеве (ЦЕРН) ведутся их активные поиски. Проблема, однако, в том, что темная материя, на которую во Вселенной приходится в пять раз больше, нежели видимой (5 и 27% соответственно, остальное приходится на темную энергию), никак не «хочет» проявлять себя во взаимодействиях с земными и орбитальными телескопами.

TASTE предполагается направить на Солнце, где в процессе термоядерной реакции генерируются аксионы, проходящие атмосферу и Землю насквозь. Есть, правда, вероятность, что существуют и еще какие-то загадочные частицы, которые будто бы уловлены гигантским Ледяным кубом – Ice Cube, – что находится в Антарктиде.

А в это время шведские экспериментаторы, работающие на Большом адронном коллайдере (LHC) в ЦЕРНе, сообщили в журнале Physical Review о создании более изощренного подхода к обработке данных, касающихся поисков темной материи. Подход позволил им анализировать гораздо больший массив данных, полученных в ходе длительных серий экспериментов, связанных со столкновением протонных пучков. Количество данных все время растет, поскольку возможности LHC с каждым обновлением этого гигантского ускорителя элементарных частиц увеличиваются.

Известно, что при столкновении протонов, несущихся навстречу друг другу с околосветовой скоростью, рождаются струи (джеты) новых элементарных частиц, при анализе структуры которых ученые и надеются уловить таинственные аксионы. В статье «Поиски джет-резонансов малой массы с помощью детектора ATLAS при энергиях 13 TeV» авторы указывают на известный факт: струйные выбросы обычной материи происходят из точки столкновения протонов.

Детектор ATLAS представляет собой аппарат тороидальной формы. ATLAS способен уловить и струи темной материи, проявляющие себя на некотором расстоянии от места столкновения частиц. Теоретики предполагают, что кварки (а их в протоне три) могут как-то взаимодействовать с темной частицей. Роль посредника в этом взаимодействии заключается в том, что он на некоторое время порождает адрон из кварков привычной нам материи и темной. Но темным «адронам» требуется некоторое время, прежде чем они претерпят превращение в видимые частицы.

Авторы заявили: «Мы знаем, что темная материя существует и проходит сквозь наши инструменты, но мы пока не можем это зарегистрировать». Тем не менее они уверенно исключили существование медиатора с энергиями в диапазоне 400–1200 Гигаэлектрон-вольт (GeV) и продолжают анализировать более широкий коридор энергий – 450–1800 GeV.

Эксперты сравнивают сложившуюся ситуацию с историей поисков так называемых калибровочных бозонов, проложивших дорогу к недавнему открытию бозона Хиггса. Первые подтвердили положение стандартной модели о существовании слабых и сильных взаимодействий, второй же – о том, как частицы видимой материи обретают свою массу. «Революционеры» и «диссиденты» современной физики ждут крушения модели, которое может свершиться благодаря темным силам природы.