Проект XENON1T: загадочные сигналы темной материи
Эксперимент под названием XENON1T должен был раскрыть тайны темной материи. Поскольку, по предположениям ученых, это вещество должно присутствовать практически повсюду, XENON1T должен был искать редкие свидетельства взаимодействия частиц темной материи с «обычной» материей.
Для этого ученые установили оборудование напротив огромного резервуара, заполненного несколькими тоннами жидкого ксенона. Когда сквозь резервуар проникает какая-либо внешняя частицы, она возбуждает атомы ксенона и создает вспышку света, а также поток свободных электронов, которые и должен обнаружить XENON1T.
Примечательно, что подобные явления могут быть следствием не только контакта с темной материей, но и с практически любыми известными частицами. Для того, чтобы отфильтровать «мусорную» материю, команда создавала теоретические модели и строила прогнозы ожидаемых возмущений, а затем сравнивала их с реальной картиной.
Как результат – физики получили «фантастическое обилие» возмущений ксенона. Помимо 232 ожидаемых вспышек было зафиксировано целых 53!
Что-то странное определенно происходит внутри резервуара с ксеноном. Но что именно?
Исследователи говорят, что есть три возможных объяснения. Давайте сначала избавимся от скучного: это может быть просто случайный источник фоновых помех. Сигнал согласуется с примесями трития в резервуаре, и потребуется всего несколько атомов трития на 10 септиллионов(!) атомов ксенона, чтобы создать дисбаланс. К сожалению, ни один инструмент не обладает достаточной чувствительностью, чтобы обнаружить такие ничтожные уровни трития в нескольких тоннах ксенона, поэтому данную версию нельзя исключать.
К счастью, две другие идеи гораздо интереснее. Команда говорит, что в качестве источника возмущений лучше всего подходит гипотетическая элементарная частица, называемая аксионом. Концепция этих частица была впервые предложена в 1970-х годах. Если бы аксионы имели определенную массу, то они могли бы объяснить странности, которые мы приписываем темной материи.
Хотя эти конкретные солнечные аксионы не были бы кандидатом в «темную материю», в случае подтверждения данной гипотезы эксперимент станет первым в истории науки подтвержденным свидетельством обнаружения любого вида аксионов как таковых. Это само по себе было бы чрезвычайно значительным открытием.
Третье объяснение состоит в том, что эти сигналы происходят от неизвестных ранее свойств нейтрино. Эти сверхлегкие элементарные частицы повсюду и редко взаимодействуют с другим веществом, но все же иногда они это делают. Если нейтрино взаимодействуют с ксеноном, то обладают большим магнитным моментом, нежели тот, который описывает стандартная модель физики элементарных частиц. Если эта теория окажется правдивой, то нам потребуется внести корректировки в привычные физические модели.
Бонус: 5 любопытных фактов о темной материи
- Понятие темной материи было впервые предложено в 1933 году физиком Фрицем Цвикки в связи с наблюдениями за движением галактик.
- Считается, что темная материя составляет около 27% всей массы-энергии во Вселенной, в то время как обычная материя составляет всего около 5%.
- В рамках теории струн, предполагается, что некоторые из вибрирующих режимов струн могут являться частицами темной материи.
- Существует множество гипотез о природе темной материи, включая различные виды экзотических частиц и модификации гравитации.
- Понимание темной материи может иметь ключевое значение для понимания структуры и эволюции Вселенной.
