29.05.2018 | Наука

Физики нашли намеки на существование «сверхтяжелой» темной материи

Детектор XENON1T, крупнейший проект по поискам "тяжелой" темной материи, исключил существование легких форм темной материи и "нащупал" первые намеки на существование неожиданно тяжелых частиц.

Фото : Volker Springel, Virgo Consortium

Об этом заявили участники проекта на пресс-конференции в итальянской лаборатории Гран-Сассо.

"Пока можно сказать только одно – эта проклятая частица по-прежнему скрывается от нас. С одной стороны, мы не нашли следов ее существования в диапазоне масс до 200 ГэВ. С другой, наши модели не исключают и существования более тяжелых "вимпов". У нас даже есть намеки на это в данных, хотя их статистическая значимость невелика – всего одна сигма, и мне хотелось бы верить, что это не случайность", — заявила Елена Априле (Elena Aprile), официальный представитель коллаборации XENON1T.

Мир за темной ширмой

Достаточно долгое время ученые считали, что Вселенная состоит из той материи, которую мы видим, и которая составляет основу всех звезд, черных дыр, туманностей, скоплений пыли и планет. Но первые наблюдения за скоростью движения звезд в близлежащих к нам галактиках показали, что светила на их окраинах движутся в них с невозможно высокой скоростью, которая была примерно в 10 раз выше, чем показывали расчеты на базе масс всех светил в них.

Причиной этого, как сегодня считают ученые, была так называемая темная материя – загадочная субстанция, на чью долю приходится примерно 75% от массы материи во Вселенной. Как правило, в каждой галактике примерно в 8-10 раз больше темной материи, чем ее видимой "кузины", и эта темная материя удерживает звезды на месте и не дает им "разбежаться".

Сегодня почти все ученые уверены в существовании темной материи, однако ее свойства, помимо ее очевидного гравитационного влияния на галактики и скопления галактик, остаются загадкой и предметом споров среди астрофизиков и космологов. Достаточно долго ученые предполагали, что она сложена из сверхтяжелых и "холодных" частиц-"вимпов", никак не проявляющих себя, кроме как притягивая видимые скопления материи.

Подобные частицы сегодня ученые пытаются найти, используя гигантские подземные детекторы, заполненные абсолютно чистым ксеноном. Ядра атомов благородного газа, как предполагали раньше ученые, должны были взаимодействовать с "вимпами" особым образом, что можно было обнаружить, наблюдая за вспышками света внутри сжиженного ксенона.

За последние два десятилетия ученые создали около дюжины подобных детекторов со все большим объемом и массой, ни один из которых не смог зафиксировать следы взаимодействий ксенона с вимпами. Особые надежды возлагались на проект XENON1T – детектор, построенный в итальянской лаборатории Гран-Сассо в 2014 году и содержавший в себе рекордные 3,5 тонны ксенона, что примерно в 10 раз больше массы всех его конкурентов.

Ключ к Вселенной

Первые результаты, представленные командой XENON1T в ноябре прошлого года, опять оказались "нулевыми" – команде из более ста физиков из 21 стран мира не удалось найти никаких значимых следов существования "вимпов" в очень широком диапазоне масс и энергий.

Сегодня Априле и ее коллеги представили результаты анализа полного набора данных, которые в целом подтвердили их предварительные выводы, за несколькими небольшими исключениями. Как отмечают ученые, им удалось исключить возможность существования легких "вимпов" с массами от 6 до 30 ГэВ, и фактически обнулить шансы на обнаружение частиц с массой до 200 ГэВ.

С другой стороны, собранные ими данные не противоречат и, как считает сама Априле, указывают на то, что частицы темной материи на самом деле имеют гораздо более высокую массу, чем предполагали физики раньше.

"Наша задача сейчас очень простая – нам нужно просто продолжить наблюдения, и при этом понизить уровень шумов и повысить чувствительность. Как мне кажется, мы или сможем выйти на "вимпы" после следующего обновления детекторов, или окончательно закроем вопрос их существования", — продолжает физик.

По ее словам, участники XENON1T уже сейчас собирают новую версию детектора, масса ксенона в котором будет доведена до четырех тонн, а уровень помех снизится как минимум в 10 раз. Его установка будет завершена уже в этом году, а первые научные данные он получит в середине 2019 года.

РИА Новости