19.07.2012

Физики придумали способ поиска 'легкой' темной материи

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.

Источники:

1. Lenta.Ru