Могут ли тёмные фотоны объяснить периодические земные вымирания?

Встречи с крупными небесными телами часто вызывают на Земле неприятные события, кои иной раз соотносятся с массовыми вымираниями видов. В последние годы накапливаются свидетельства того, что такие столкновения периодичны и происходят чаще, чем обычно. И периодичность этого «чаще» равна 35 млн лет...

...Чему причиной может быть только одно — периодическое усиление кометной и метеоритной бомбардировки Земли из-за повышенной активности облака Оорта.

Эти данные породили два вида интерпретаций. Первый, «гипотеза Немезиды», утверждает, что у Солнца есть до сих пор не обнаруженный компаньон — особо тусклая звезда (менее реально) или коричневый карлик (более реально). Однако ничего подобного пока так и не найдено, что не позволяет всерьёз обсуждать эту гипотезу в эпоху более или менее приличных наблюдательных средств.

Второе объяснение включает детали пути Солнца через галактический диск — уплощённую структуру, содержащую в себе почти всю обычную материю типичной спиральной галактики, которой и является Млечный Путь. Его плотность падает экспоненциально, и уже в трёхстах парсеках над и под диском почти ничего нет. Точнее, нет ничего обычного. Тёмная материя в диске не «сплющивается», так как не умеет излучать фотоны, а потому очень слабо охлаждается, оставаясь сфероидным облаком тёмного гало Галактики, плотность которого постепенно убывает вплоть до расстояний в 20 кпк от центра Млечного Пути.

Галактический диск обычной материи, по мысли авторов, может содержать в себе другой, ещё более тонкий диск из тёмной материи определённого рода, способной испускать тёмные аналоги фотонов. (Иллюстрация Wikimedia Commons.)

Предпринимались попытки показать, что движение Солнечной системы вверх-вниз в тонком диске может привести к нарушению спокойствия в облаке Оорта и соответствующим астероидно-метеоритным дождям. Но конкретные механизмы таких возмущений до сих пор не озвучивались.

И вот Лиза Рэндалл (Lisa Randall) и Мэттью Рис (Matthew Reece) из Гарвардского университета (США), взяв на вооружение тёмную материю (ТМ), предлагают механизм, который мог бы обеспечить периодическую нестабильность в облаке Оорта.

Хотя основная масса ТМ действительно находится в гало и не показывает охлаждения эмиссией фотонов и тенденции к образованию плоского диска, ТМ, судя по нынешним успехам в её поисках, может быть представлена целым рядом частиц, считают учёные. И их малая часть может испытывать взаимодействия, сходные с теми, что происходят с обычный материей. В этом случае «тёмные фотоны» (гипотеза о которых высказана давно) вполне могли бы стать средством рассеивании энергии ряда ТМ-частиц и быть причиной образования особо тонкого ТМ-диска — более тонкого, чем диск из обычной материи, поскольку основная часть ТМ в диск всё же не попадёт. Пока нельзя однозначно выяснить, существует он или нет, так как наблюдательные мощности (космический телескоп Gaia) позволят сделать это лишь через несколько лет.

Но если такой «особо тонкий» диск существует, он должен создавать мощные приливные силы, воздействующие на все планетные системы Галактики, включая нашу. Конкретнее говоря, из расчётов следует, что при плотности мини-диска тёмной материи в десять солнечных масс на квадратный парсек его приливное действие должно быть достаточным, чтобы колебания Солнечной системы вверх и вниз по диску обычной материи Млечного Пути приводили к «приливам» и «отливам» астероидно-метеоритной активности при пресечении нашей системой плоскости невидимого ТМ-диска.

По словам авторов работы, поиск кратеров диаметром более 20 км в существующих базах данных приводит к выводу, что периодичность их особо частого появления, равная 35 млн лет, совпадает с периодичностью пересечения Солнечной системой такого гипотетического тёмноматериального диска.

При движении вокруг центра Галактики Солнце периодически поднимается и опускается относительно плоскости Млечного Пути. (Иллюстрация Lisa Randall.)

У исследования есть две основные проблемы: вариант с всплеском крупных астероидных ударов раз в 35 млн лет лишь в несколько раз вероятнее варианта, когда такой периодичности нет. То есть со строго научной точки зрения это недостаточно убедительное объяснение происходящего. Вторая проблема: авторы рассматривали лишь последние 250 млн лет, так как кратеры ранних эпох часто трудно выявить. Это, по сути, время последнего галактического года для Солнечной системы, а ещё недостаточно представительный объём данных, чтобы делать на его основе вывод обо всей истории нашей системы.

С другой стороны, авторы правы, замечая, что наблюдения Gaia за скоростью и тенденциями в кинематике звёзд в галактическом диске должны помочь опровергнуть или доказать их теорию.

Отчёт об исследовании вскоре будет опубликован в журнале Physical Review Letters, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.
Александр Березин
Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.

Высокоточная рекалибровка датчика LUX позволит обнаружить неуловимую темную материю в ближайшем будущем

Процедура новой высокоточной калибровки, проведенная по отношению к датчику LUX (Large Underground Xenon), предназначением которого является детектирование частиц неуловимой темной материи, послужила подтверждение высокой чувствительности этого датчика к регистрации низкоэнергетических событий. Это, в свою очередь, является надежным доказательством тому, что в ходе первого эксперимента с использованием датчика LUX, который был проведен летом прошлого года, ни одной частицы темной материи так и не было зарегистрировано.

В конце прошлого года ученые, работающие в рамках эксперимента LUX, опубликовали первые результаты своих исследований. Несмотря на высокую чувствительность датчика, он за 90 дней наблюдений так и не зарегистрировал ни одного события, связанного с взаимодействием частиц темной матери различных типов с частицами обычной материи, хотя эксперименты, проводимые при помощи других подобных датчиков, обнаруживали подписи следов взаимодействия WIMP-частиц с частицами газового наполнителя.

"Новая процедура калибровки позволила увеличить точность датчика минимум в 10 раз" - рассказывает Рик Гэйтскелл (Rick Gaitskell), ученый-физик, задействованный в проекте LUX, - "С одной стороны это демонстрирует достоверность того, что все собранные нами ранее данные являются абсолютно верными, а с другой стороны, это позволяет надеяться на обнаружение темной материи в ближайшем будущем, в ходе следующих экспериментов".

Напомним нашим читателям, что на долю темной материи, как считают ученые, приходится около 84 процентов от всей материи Вселенной. Хотя пока еще не было обнаружено ни самой темной материи, ни следов ее существования, ученые твердо уверены в ее существовании. Без гравитационного влияния темной материи некоторые галактики, группы галактик и другие массивные астрономические объекты просто не смогли бы существовать, они разлетелись бы в окружающем их космическом пространстве. Пока еще неясно, что именно представляет из себя темная материи, но основная гипотеза заключается в том, что она состоит из субатомных частиц, называемых WIMP-частицами (weakly interacting massive particles), массивных частиц, которые слабо взаимодействуют с обычной материей и которые практически беспрепятственно проходят через любую обычную материю.

Датчик LUX и другие подобные датчики разработаны для регистрации очень редких случаев взаимодействия WIMP-частиц с частицами обычной материи. Датчик представляет собой резервуар, в котором находится около трети тонны жидкого ксенона, охлажденного до сверхнизкой температуры. На стенах резервуара установлена масса светочувствительных датчиков, способных детектировать единичные фотоны света, которые возникают в результате столкновения WIMP-частицы с ядром атома ксенона. Датчик находится на глубине более полутора километров, а толщи горных пород защищают его от космических лучей и другой радиации, которые могут исказить сигналы частиц темной материи.

Для проведения процедур калибровки таких датчиков ученые используют нейтроны. Результат взаимодействия нейтрона с ядром ксенона, по мнению ученых, очень близок к результату взаимодействия с этим же ядром WIMP-частицы. Тонкость проведенной рекалибровки датчика заключается в том, что вся процедура была проведена на датчике LUX непосредственно, в то время как все предыдущие калибровки производились в отдельных испытательных камерах, что обуславливало возникновение некоторой погрешности.

Позже в этом году ученые собираются при помощи рекалиброванного датчика LUX произвести расширенные поиски частиц темной материи. В этом поиске, который будет длиться около года времени, будет использоваться не только высокая чувствительность датчика, ученые будут использовать различные методы поиска, соответствующие различным формам темной материи, соответствующим различным существующим теориям, находящимся и за рамками Стандартной Модели физики элементарных частиц.
http://phys.org/news/2014-02-lux-dark-results.html

PandaX - самый глубокий эксперимент, направленный на обнаружение частиц темной материи

На глубине 2004 метров ниже уровня моря под толщей гор, находящихся в провинции Сычуань, Китай, команда ученых и инженеров начинают вводить в строй научное оборудование, целью работы которого является непосредственное обнаружение частиц самой загадочной материи во всей Вселенной, частиц темной материи. Спустя непродолжительное время датчики эксперимента PandaX (Particle and Astrophysical Xenon) начнут собирать огромные массивы научной информации в которой ученые будут искать доказательства существования неуловимых частиц, которые являются основой темной материи, на долю которой приходится более 84 процентов от все материи Вселенной.

В свое время ученые-физики выдвинули гипотезу о существовании темной материи для объяснения феномена недостающей массы Вселенной. Этот феномен проявляется в том, что галактики производят более сильные гравитационные силы, нежели можно объяснить с учетом массы их обычной видимой материи. Текущая теория о темной материи заключается в том, что темная материя состоит из массивных частиц, слабо взаимодействующих с обычной материей, так называемых WIMP-частиц (weakly interacting massive particles), которые взаимодействуют с нормальной материей только через силы гравитации и силы слабых взаимодействий, фундаментальных сил, действующих на очень маленьких расстояниях и ответственных за процессы ядерного распада.

Если WIMP-частица сталкивается с ядром атома обычного вещества, то в теории она может вступить с ним во взаимодействие, которое станет причиной излучения фотонов света и потока других частиц, факт наличия которых может послужить доказательством факту столкновения. Но, к сожалению, такие случаи весьма редки, и на имеющихся в настоящее время датчиках регистрируется не больше трех-четырех подобных событий в год.

Выбор места проведения эксперимента PandaX далеко не случаен. Область, где проводятся эксперименты по прямому обнаружению WIMP-частиц, должна быть хорошо защищена от космического излучения и источников других частиц, которые ошибочно могут быть приняты за WIMP-частицы. Новая подземная лаборатория в Китае является самой глубокой лабораторией в мире. Толща горных пород, которые окружают помещение лаборатории, надежно защищает датчики и оборудование не только от космических лучей, но и от других источников излучения на поверхности Земли. Кроме этого, породы, окружающие лабораторию, являются одной из разновидностей мрамора, в составе которого практически отсутствуют радиоактивные элементы, способные стать источником ложных сигналов.

Следует заметить, что эксперимент PandaX является еще одним из нескольких подобных экспериментов, направленных на поиски частиц темной материи, которые работают уже сейчас или которые планируется начать в самое ближайшее время. Ключевым элементом установки эксперимента PandaX является емкость, заполненная ксеноном, охлажденным до жидкого состояния. В настоящее время объем этой емкости способен вместить 1 тонну жидкого ксенона, но для проведения второй фазы эксперимента объем емкости будет увеличен и количество ксенона составит 2.4 тонны.

Если WIMP-частица столкнется с ядром атома ксенона в пределах емкости установки PandaX, это приведет к эмиссии фотонов света, которые будут обнаружены при помощи высокочувствительных датчиков-фотоумножителей. Кроме этого, столкновение станет источником некоторого количества свободных электронов, которые пройдут через жидкий ксенон с определенной скоростью. Сравнивая сигналы от детекторов фотонов и электронов, ученые смогут точно выяснить точку пространства, в которой произошло столкновение, время столкновения и некоторые другие параметры. Поскольку материал стенок емкости сам по себе испускает радиоактивные частицы, то ученые будут принимать в расчет только те события, которые произошли в центральной части резервуара с жидким ксеноном.

Следует заметить, что заявленный объем жидкого ксенона делает эксперимент PandaX не только рекордсменом по глубине проведения, но и по объему рабочей жидкости тоже. Сбор первых данных начнется сразу же по завершению монтажа и тестирования оборудования, а появления первых результатов эксперимента следует ожидать ближе к концу этого года. Если все оборудование и идея, заложенная в эксперименте, будут работать должным образом, то у неуловимых WIMP- частиц останется меньше места, чтобы скрываться от любопытного взгляда ученых.

Ветер из тёмной материи, похоже, всё-таки дует на Землю

Тёмная материя по-прежнему остаётся главным претендентом на решение проблем астрофизики и космологии — и по-прежнему в экспериментах нет достоверных свидетельств обнаружения её частиц. Или мы слишком требовательны?

Как нет, воскликнут иные, ведь DAMA аж с 2000 года заявляет: вимпы (частицы тёмной материи) есть, и свидетельства их существования «тянут» сегодня на 9σ (девять сигм), что куда убедительнее открытия бозона Хиггса. Увы, данные более «свежих» детекторов никаких 9σ не показывают, отчего господа физики за пределами коллаборации DAMA привычно ссылаются на некие невидимые миру источники погрешностей, которые пока не учтены «дамовцами». Что интересно, при этом эксперимент демонстрирует сезонные колебания числа и энергии в следах вимпов, а другие эксперименты ничего такого не показывают. К тому же за всё время дискуссии никто из DAMA-оппонентов так и не смог чётко изложить, какой именно физический механизм мог бы обеспечивать ложные срабатывания.

Когда скорость вращения Солнца вокруг центра Галактики складывается со скоростью вращения Земли вокруг него же (220 + 30 км/с), вимп-«ветер» для нас достигает максимума, в начале зимы (220 - 30 км/с) — минимума. (Илл. Christopher Savage et al.)

Типичная, словом, для ТМ-историй степень запутанности: то ли «дамовцы» чего-то не учли, то ли оппоненты любят всё списывать на ошибки, источник которых сами даже примерно представить не могут.

Теперь эта эпопея может пополниться некоей дозой оживляжа: проводимый в США эксперимент CoGeNT тоже наблюдает сезонные изменения в количестве регистрируемых его детекторами событий.

Идея DAMA в основе проста: изолированный детектор считает, как изменяется количество всех событий, им регистрируемых. Поскольку Солнечная система движется относительно предположительно существующего гало из тёмной материи, окружающего Млечный Путь, а Земля ещё и круги вокруг Солнца нарезает, то соответствующие скорости (220 км/с и 30 км/с) северным летом складываются, достигая максимума в районе 2 июня (или конца мая, по другой серии расчётов). Северной же зимой они, напротив, падают до минимума. Всё это не имело бы особого значения, когда б ТМ-гало вращалось вместе с остальной Галактикой, вот только теория предсказывает, что оно, по идее, вращаться не должно вовсе.

Разумеется, это означает, что скорость, на которой вимпы сталкиваются с земной материей в детекторе, должна-таки колебаться, что отражается на энергиях и частоте регистрации таких столкновений в зависимости от времени года.

Хуан Койяр (Juan Collar) из Чикагского университета (США) и руководимая им коллаборация CoGeNT взялись выяснить, насколько подобные колебания могут быть подтверждены их детектором, работающим не на 250 кг йодида натрия, как DAMA, а на 100 г германия. После ряда наблюдений 2011 года тогда ещё скептически настроенный г-н Койяр заявил, что, к его удивлению, некоторые следы сезонных колебаний в регистрации событий всё же имеются. И инициировал ещё более тщательную проверку.

Кроме прочего, его коллаборация присмотрелась к энергии регистрируемых событий: в теории вимпы должны давать энергию ниже 2 кэВ, а сами события — происходить в толще материала детектора. Оказалось, что регистрируемые CoGeNT столкновения носят именно такой характер, то есть почти идеально подходят на роль вимпов.

Какова статистическая значимость этих выводов? Хуан Койяр скромен: 2,2σ — далеко не пять сигм, после которых дискуссию можно было бы закрыть. То есть вероятность ошибки в подтверждениях данных DAMA всё ещё около 2%, что для физиков много. В то же время, учитывая данные DAMA и эксперимента CRESST, который проводится в Италии, получается, что вероятность сезонных колебаний столкновений с вимпами становится довольно высокой.

Правда, тут есть нюанс: массы вимпов и сила их взаимодействия с обычной материей во всех трёх экспериментах выглядят не так уж и одинаково — а если честно, то и сильно по-разному. Но здесь, полагает г-н Койяр, нужно проявить осторожность. Да, если вимпы движутся внутри галактического гало примерно случайно, то и массы и сила взаимодействия у всех детекторов планеты должны быть сходными.

Однако ряд недавних работ заставляет предполагать, что часть вимпов ведёт себя не так, как другие: в частности, они способны образовывать что-то вроде «потоков», текущих в определённом направлении. В этом случае разные результаты трёх экспериментов становятся вполне объяснимыми, замечает учёный.

Ну а далее идут типичные для данной области реверансы и заклинания об осторожности в интерпретации: это «не свидетельство» ТМ, а лишь «накладывание ограничений» на возможную сущность тёмной материи. Да, с 2,2σ прыгать на одной ноге и кричать «Эврика!» действительно рано, но когда г-н Койяр опять заявляет, что сезонные колебания в зарегистрированных его группой сигналах могут объясняться неким «пока неизвестным источником систематических ошибок», так и хочется спросить, что же это за ошибки такие, которые работают и с германием, и с йодидом натрия, — а главное, никем из физиков, людей, прямо скажем, не лишённых воображения, пока даже примерно не выявлены.

Вдогонку напомним: CDMS, который нашёл-таки «свои» следы тёмной материи в Судане на кремниевых детекторах, никаких следов ежегодных колебаний на германиевых не показал. Неужели регистрация германиевыми дисками вимпов — или пресловутая «неизвестная систематическая ошибка» — может как-то зависеть ещё и от географического расположения подобных детекторов?

Детектор CoGeNT скромен размерами, но, по идее, более чувствителен к маломассивным вимпам. (Фото Pacific Northwest National Laboratory.)

Как будто нарочно, пара ксеноновых экспериментов, имеющих аналогичные цели, не видит вообще никаких вимпов, отчего их ныне калибруют и готовят к сезону-2014. Впрочем, Хуан Койяр и Ко не дремлют и строят пусть и маленький, зато собственный ксеноновый детектор, надеясь получить от него результаты уже через несколько недель, — то есть ждать осталось недолго.

Спекулятивно, учёный также полагает, что если вышеупомянутые «потоки» и течения вимпов всё же существуют и частично проходят через Солнечную систему, то космический телескоп Gaia может заметить их косвенные последствия, поскольку тёмная материя должна увлекать часть звёзд Галактики в том же направлении — то есть к земному наблюдателю. Что же, подождем ещё и регистрации звёздных течений?

Препринт отчёта об исследовании можно полистать здесь.

Подготовлено по материалам Physicsworld.Com
Александр Березин

Получено первое изображение "космической паутины", связывающей воедино все во Вселенной

Ученые-астрономы из Калифорнийского университета в Санта-Круз, используя 10-метровый телескоп из состава обсерватории W.M.Keck Observatory на Гавайях, получили первые снимки "космической паутины", сети из материи, соединяющей все объекты во Вселенной. На представленном ниже изображении можно увидеть голубую туманность, размерами 2 миллиона световых лет, которая окружает чрезвычайно яркий квазар UM287. Высокоэнергетическое излучение квазара заставляет светиться материю туманности в определенном диапазоне длин волн, что позволило ученым детально изучить структуру и определить некоторые свойства нитей космической паутины.

Согласно рассказу Себастиано Канталупо (Sebastiano Cantalupo), одному из ведущих специалистов в данных исследованиях, космическая паутина, размером в 2 миллиона световых лет, "является исключительным астрономическим объектом. Она просто огромна, ее размеры минимум в два раза превышают размеры любой известной людям туманности, и она простирается далеко за пределы галактического окружения квазара UM287".

Полученное учеными изображение служит подтверждением теории "космической паутины", которая опутывает всю Вселенную, соединяя все космические объекты невидимыми нитями, состоящими на 84 процента из таинственной темной материи. Созданная учеными компьютерная модель, показанная на первом снимке, демонстрирует распределение материи нитей во Вселенной, а на вставке показана область космического пространства, размером в 10 световых лет, в центре которой находится квазар и на которой видно части нитей, состоящие из обычной и темной материи.

Сделанные учеными снимки являются ключевым моментом в будущих поисках других экзотических космических объектов, известных под названием темных галактики. Согласно имеющейся теории, темные галактики это узлы космической паутины, относительно небольшие области пространства, где материя нитей паутины имеет чрезвычайно высокую плотность. На изображении, составленном по компьютерной модели, можно увидеть несколько таких темных галактик, некоторые из которых находятся в непосредственной близости от обычных галактик и туманностей. Часть материи темных галактик попадает в обычные галактики, но, как это ни парадоксально, большая часть материи темных галактик и нитей паутины таки и остается в рассеянном состоянии, не принимая участия в формировании туманностей и новых звезд.

Ученые уже планируют дальнейшие поиски нитей космической паутины, темных галактики и других экзотических космических объектов, имеющих отношение к "темной" стороне Вселенной. Не стоит сомневаться в том, что эти поиски, рано или поздно, дадут результаты, которые значительно расширят область знаний люде об строении Вселенной и о происходящих в ней процессах.

Компьютерная модель "паутины" на видео. 2009 год..

http://news.ucsc.edu/2014/01/cosmic-web.html

Аксионы, быть может, уже обнаружены

...И вместе с ними — тёмная материя. Правда, чтобы убедиться в этом, потребуется серия экспериментов — к счастью, сравнительно простых и быстро организуемых.

Поиски слабо взаимодействующих частиц тёмной материи (WIMP, вимпов) пока не очень результативны. Напрашивается вопрос: какие ещё частицы могут быть кандидатами на роль тёмной материи?

Вот так аксионы пытались ловить раньше. (Иллюстрация Minowa Group.)

С весьма давних пор на такое место прочат аксионы — гипотетические нейтральные частицы, которые должны слабо взаимодействовать с обычным барионным веществом и в конце своего жизненного пути распадаться на пару фотонов. Вот только все попытки обнаружения следов таких частиц в экспериментах заканчивались безрезультатно.

...Или нам так казалось, предполагает Кристиан Бек (Christian Beck) из Кембриджского университета (Великобритания), автор рассматриваемой здесь провокационной работы. Определённая аномалия в экспериментах со сверхпроводниками вполне может быть результатом деятельности именно аксионов, проходящих через экспериментальную установку. И если это так, то для масс в 0,11 мэВ аксионы уже найдены!

Конечно, бросать в воздух чепчики рано. Во-первых, масса слишком мала. Во-вторых, всё это ещё нужно подтвердить, но бесспорным плюсом гипотезы является сравнительно несложная её проверяемость. Эксперименты со сверхпроводимостью не требуют Большого адронного коллайдера, а потому уже в скором времени мы узнаем: аксионы то были или просто шум.

Традиционный поиск основывался на том, что при прохождении через магнитное поле аксион должен распадаться на два фотона, и наоборот. Пока все попытки обнаружить таким образом аномальное рождение фотонов не удавались, но г-н Бек считает, что есть более простой метод. Он предлагает использовать джозефсоновские переходы — пару сверхпроводников, разделённых между собой, скажем, слоем изолятора. Сверхпроводники при этом будут обмениваться парами электронов через разделяющую их область с частотой, называемой джозефсоновской. Такие приборы довольно широко используются в экспериментальной технике уже сегодня и не являются чем-то запредельно экзотичным.

В предложенной схеме если джозефсоновская частота совпадёт с массой аксиона, то в момент, когда последний войдёт в изолятор между парой сверхпроводников, он даст резкий «горб», скачок в регистрации обмена электронными парами между сверхпроводниками.

Завершив описание схемы, Кристиан Бек напоминает, что именно её непреднамеренно уже реализовали в эксперименте 2004 года, когда Кристоф Хоффман (Christoph M. Hoffmann) и соавторы изучали разные виды шумов в джозефсоновских переходах. Почти все их удалось тогда объяснить, кроме сильного роста шумов в районе 0,11 мэВ, когда перенос электронных пар без видимой причины резко учащался.

Если всё именно так — аксионы есть; правда, их масса в 200 млрд раз меньше, чем у электрона. Всё что нужно, чтобы в этом убедиться, — попробовать те же опыты с джозефсоновскими переходами, защищёнными различными видами экранирования. Они вряд ли отсекут аксионы, кои, наверное, не проще остановить, чем нейтрино, но все посторонние шумы типа микроволн ими так или иначе подавить можно.

Новый же метод требует лишь джозефсоновских переходов. Сравните их размеры в микрометрах с обычным устроителем; поставить такой эксперимент будет не очень сложно. (Иллюстрация Florida State University.)

Если Кристиан Бек прав, охота за тёмной материей наконец-то приближается к своему несколько неожиданному концу. Однако, помимо общего призыва к осторожности в интерпретации его работы, дополнительно заметим, что для полного покрытия всей тёмной материи аксиону нужно не просто быть, но ещё и встречаться в пространстве нашей Вселенной довольно часто — иначе его может «не хватить» на эту роль, как некогда «не хватило» нейтрино.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters, а его препринтом можно полистать здесь.

Подготовлено по материалам Ars Technica.

Александр Березин

За темной материей будет охотиться еще один детектор

Лесли Розенберг (Leslie Rosenberg) и его коллеги отправляются на охоту за аксионом: гипотетической нейтральной псевдоскалярной элементарной частицей, постулированной для сохранения CP-инвариантности в квантовой хромодинамике в 1977 г. Роберто Печчеи (R. D. Peccei) и Хелен Куинн (H. R. Quinn).

Поиск аксионов будет проводиться при помощи недавно переоборудованного сверхчувствительного детектора, который в настоящее время находится в стадии тестирования в Вашингтонском Центре Экспериментальной Ядерной Физики и Астрофизики.

Впервые физики предположили существование аксиона в конце 1970-х годов как решение проблемы теории квантовой хромодинамики. Об аксионе известно очень мало. Считается, что он гравитационно воздействует на вещество, а кроме этого, больше никаким образом не обнаруживает свое присутствие.

С 1930-х годов ученые предполагали существование невидимой, однако массивной субстанции, своего рода гравитационного клея, который не дает вращающимся галактикам развалиться на части. Аксионы, если они на самом деле существуют, являются кандидатами на составляющие холодной темной материи, которые действуют, как гравитационный клей.

Из-за такой слабой реакции аксионов, найти их – непростая задача.

"Мы создали, возможно, самый чувствительный детектор аксионов ", - говорит Лесли Розенберг (Leslie Rosenberg), профессор Вашингтонского Центра экспериментальной ядерной физики и астрофизики . "Он способен обнаружить самое слабое взаимодействие между аксионами и электромагнитной радиацией".

Цель Эксперимента Аксионов Темной Материи – поиск аксионов холодной темной материи в ореолах нашей Галактики путем обнаружения самой слабой конверсии аксионов в микроволновые фотоны.

Детектор использует мощный магнит, окружающий чувствительный приемник микроволнового излучения, охлажденный до 4,2 градусов Кельвина, или около -268,95 градусов Цельсия. Такая низкая температура снижает тепловые шумы и значительно увеличивает вероятность того, что детектор обнаружит преобразования аксионов в микроволновые фотоны.

Микроволновой приемник можно настроить в соответствии с массой аксиона, что так же увеличивает возможность обнаружения взаимодействия между аксионами и магнитным полем детектора.

Оригинал взят у

postnauka в Главы | Гости с темной стороны

журнал

Главы | Гости с темной стороны

Глава из книги "Достучаться до небес: Научный взгляд на устройство Вселенной" физика-теоретика Лизы Рэндалл о темной материи

Большой адронный коллайдер

Вселенная

галактика

Стандартная модель

темная материя

физика

физика элементарных частиц

Физики приготовились к поиску «темного света»

Экспериментальная установка Фото: MIT.

Группе физиков из США удалось преодолеть одно из главных технических препятствий на пути к детектору, который может помочь найти темные фотоны, гипотетические кандидаты на роль частиц темной материи. Ученые смогли сфокусировать пучок релятивистских электронов с энергией 100 мегаэлектронвольт и мощностью около мегаватта так, что он прошел через двухмиллиметровое отверстие. Подробности со ссылкой на статью в журнале Physical Review Letters приводит Symmetry.

Исследователи из нескольких научных центров США сообщают о том, что им удалось направить пучок электронов от лазера на свободных электронах в Джеферсоновской лаборатории на алюминиевую пластину, в которой проделано двухмиллиметровое отверстие.

На протяжении семи часов опытный образец сохранял постоянную температуру и относительные потери энергии пучком оценивались на уровне двух миллионных долей.

Этот эксперимент показал принципиальную возможность проведения другого опыта, который носит кодовое название Darklight (дословно «темный свет»).

Физики намерены использовать узкий канал, по которому будет проходить мощный пучок частиц и через который одновременно пойдет поток газа: в текущем варианте использовался водород, а в окончательном ученые хотят применить кислород. Столкновение электронов с ядрами атомов спровоцирует ядерные реакции и анализ продуктов этих реакций должен помочь в проверке гипотезы о массивном фотоне.

Массивный фотон является гипотетической частицей с массой покоя не более сотни мегаэлектронвольт, которая относится к бозонам (переносчикам взаимодействия) и может распадаться на электрон-позитронные пары. Предварительные расчеты показывают, что

такие гипотетические частицы можно выявить при столкновении электронов с протонами, но реализовать столкновения с нужными параметрами пока что не представлялось возможным. По оптимистичным прогнозам эксперимент Darklight удастся начать через два года.

Оригинал взят у

sergepolar в DAMA/LIBRA

arxiv:1308.5109 Окончательные модельно-независимые результаты DAMA/LIBRA-phase1 (Final model independent result of DAMA/LIBRA-phase1)
Authors: R. Bernabei et al.
Comments: 20 pages, 12 figures, 6 tables

Коллаборация DAMA/LIBRA продолжает настаивать, что они видят сигнал от темного вещества. Представлен новый анализ семилетних данных. Значимость сигнала 7.5 сигма. Значимость годичных колебаний - еще выше (за 9 сигма).

http://xray.sai.msu.ru/~polar/sci_rev/304.html#arxiv/1308.5109

donmigel_62