Загадка темной материи по-прежнему не раскрыта
Ученые продолжают упорный поиск возможных кандидатов на роль частиц темной материи. По-прежнему остаются востребованными три гипотезы того, что это за частицы. Во‑первых, ВИМП (от английского Weakly Interacting Massive Particle – слабовзаимодействующая массивная частица1). Это гипотетическая частица темной материи. Во‑вторых, аксион – тоже гипотетическая нейтральная псевдоскалярная элементарная частица, но первоначально введенная для объяснения того, что электрический дипольный момент нейтрона, который мог бы вызвать прецессию нейтрона в электрическом поле, оказался по крайней мере в десять миллиардов раз меньше, чем можно было бы ожидать. Наконец, в‑третьих, стерильное нейтрино – еще одна гипотетическая частица, масса которой в несколько тысяч раз превышает массу обычного нейтрино. Об этих гипотезах и экспериментах, направленных на поиск связанных с ними частиц, рассказывал в ноябрьском номере «Знание – силы» за 2022 год Игорь Иванович Ткачев, академик РАН, доктор физико-математических наук, заведующий отделом экспериментальной физики Института ядерных исследований РАН. Ученый, непосредственно занятый выяснением вопроса: верна ли гипотеза о том, что частицами темной материи являются тяжелые нейтрино?
Новые результаты в изучении темной материи появляются регулярно. Увы, ответа на вопрос: из каких частиц она состоит, по-прежнему нет. Природа темной материи, на которую, как известно, приходится до 26,8% наблюдаемого вещества-энергии во Вселенной, остается одной из самых неуловимых загадок современной науки.
1. Термин WIMP был предложен в 1986 году американским космологом Майклом Тёрнером, который является также автором термина «тёмная материя».
Новый рекорд в поисках темной материи
Большая команда ученых из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и других научных учреждений США, Великобритании, Португалии, Швейцарии, Южной Кореи и Австралии установила новый рекорд в поисках темной материи, используя самый чувствительный в мире детектор LUXZEPLIN (LZ). Результаты эксперимента, представленные на конференции 26 августа 2024 года, позволяют значительно сузить круг возможных кандидатов на роль темной материи среди слабо взаимодействующих массивных частиц.
Детектор LZ обладает высокой чувствительностью к слабым взаимодействиям WIMP, что позволяет исключить многие теоретические модели, не подтверждающиеся полученными результатами. Например, исследование не обнаружило следов частиц WIMP с массой свыше 9 гигаэлектронвольт/c² (ГэВ/c²), что значительно сужает диапазон возможных масс и взаимодействий для этих частиц. Для сравнения: масса протона немного меньше 1 ГэВ/c².
Эксперимент проводился в подземном исследовательском центре Сэнфорда в Южной Дакоте2, где детектор LZ установлен на глубине около полутора километров под землей. Такая глубина позволяет защитить детектор от космических лучей, которые могут мешать точности эксперимента. Детектор использует 10 тонн жидкого ксенона, что дает возможность отслеживать даже самые слабые взаимодействия частиц с ядрами атомов. Кроме того, детектор был создан с использованием сверхчистых материалов с низким уровнем излучения, что минимизирует фоновое излучение и ложные сигналы.