Физики предложили новую схему обнаружения загадочных частиц темной материи, которая поможет найти частицы относительно небольших масс (если, конечно, такие существуют). Статья ученых появилась в журнале Physical Review Letters.
Проблема темной материи (известная также как проблема скрытой массы) в космологии состоит в том, что многие наблюдаемые гравитационные взаимодействия невозможно объяснить, исходя только из оценок на видимую (барионную) материю. Например, известно, что скорость движения звезд вокруг галактического центра в спиральных галактиках должна снижаться обратно пропорционально некоторой степени расстояния от этого центра. Вместе с тем, во многих случаях скорость остается практически неизменной.
Причиной такого необычного поведения должна быть некоторая скрытая масса. В настоящее время, одной из господствующих гипотез является гипотеза о вимпах - слабо взаимодействующих массивных частицах, которые не участвуют в электрослабом и сильном взаимодействиях (и, как следствие, лежат вне Стандартной модели). Для поиска такого рода частиц используются разнообразные детекторы, в которых предполагается регистрировать взаимодействие вимпов с атомами некоторого рабочего тела с последующей ионизацией атомов.
При расчете отклика от такого детектора обычно считается, что частица темной материи взаимодействует с ядром атома. Подобный метод имеет существенные ограничения на массу вимпов, которые можно поймать таким образом. В частности, они должны быть достаточно тяжелыми, чтобы ионизировать атомы рабочего тела. В рамках новой работы ученые предложили новую методику расчетов сигнала.
В частности, они предположили, что частицы темной материи могут взаимодействовать не с ядром атома, а с его электронами. Их расчеты показали, что такого рода взаимодействие можно методами статистического анализа "выловить" в массе собранных данных. В частности, их метод может помочь в регистрации частиц с массой менее одного гигаэлектровольта (если таковые существуют).
Чтобы доказать, что их метод работает, физики проанализировали данные, собранные экспериментом XENON. В рамках этого эксперимента детекторы, содержащие в общей сложности около 150 килограммов ксенона (он выступает в роли рабочего тела), размещены в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии. Эта лаборатория с одной стороны располагается на высоте почти километр над уровнем моря, с другой - скрыта горными породами толщиной 1,4 километра. Она совсем недавно попала на страницы изданий по всему миру благодаря тому, что именно здесь располагается эксперимент OPERA, в котором из-за технической ошибки были зарегистрированы нейтрино, движущиеся со сверхсветовой скоростью.
По словам ученых, их метод пока не дал конкретных результатов, однако, может пригодиться для будущих исследований.
