Детектор темної матерії випадково виявив темну енергію

24

Минулого року фізики повідомили, що експериментальний детектор темної матерії вловив дивний сигнал, який може вказувати на нову фізику, при цьому були виявлені кілька підозрюваних. Кембриджські вчені запропонували відповідь, яка в той час не розглядалася – експеримент, можливо, вперше виявив темну енергію – таємничу силу, що прискорює розширення всесвіту.

Хоча вважається, що темна матерія перевершує звичайну матерію в п’ять разів, темна матерія залишається невловимою. Він не взаємодіє зі світлом і, здається, в основному проявляє себе через гравітаційний вплив в космічних масштабах, таких як зірки, галактики і скупчення галактик. Але час від часу частинка темної матерії може врізатися в звичайну частинку матерії таким чином, який ми можемо виявити за допомогою відповідного обладнання.

Xenon1t був однією з версій цього обладнання. Експеримент, що проводився в італії в період з 2016 по 2018 рік, по суті являв собою великий бак, повний рідкого ксенону, що зберігався глибоко під землею. Ідея полягала в тому, що якщо частинка темної матерії пронесеться через резервуар, вона збудить атоми ксенону, щоб виробити спалах світла і вільних електронів, яку може виявити набір датчиків.

Але це не так вже й просто, як може здатися. Інші відомі частинки можуть мати такий же ефект. Розміщення експерименту під землею допомагає зменшити цей шум, але не весь. Отже, вчені обчислюють очікуваний фоновий рівень подій, а потім перевіряють, чи вище фактичне виявлення.

приміщення xenon1t, ліворуч-резервуар для води, що містить сам інструмент, з плакатом, що показує, що всередині, праворуч-триповерхова службова будівля xenon

І дійсно, так воно і було. У минулому році вчені повідомили про “дивовижне перевищення кількості подій” – 53, якщо бути точним – над очікуваним фоном в 232. Здавалося, щось дивне відбувалося, але чи було це темною матерією?

Головним кандидатом у той час була гіпотетична елементарна частинка, звана сонячним аксіоном. Як випливає з назви, вони можуть бути зроблені сонцем, і, хоча самі вони не вважаються кандидатами в темну матерію, інші типи аксіонів такими є, тому виявлення доказів будь-якого з них було б важливим кроком.

Але після подальшого дослідження команда з кембриджу стверджує, що для отримання спостережуваного сигналу буде потрібно занадто багато сонячних аксіонів. Замість цього вони пропонують іншого винуватця – частинку-носій сили для темної енергії. Це назва, дана відштовхуючою силою, яка, здається, викликає прискорення розширення всесвіту, і одна з її моделей включає в себе так звані частинки “хамелеони“.

По суті, передбачається, що ці частинки будуть мати різні маси і вплив в залежності від того, скільки речовини знаходиться навколо них. Таким чином, в районах з високою щільністю, таких як земля, їх маса велика, але їх сила діє тільки на крихітній відстані. Однак у міжзоряному просторі, де майже немає матерії, хамелеони матимуть меншу масу, але їх вплив поширюється набагато далі. Таке перемикання могло б пояснити дивне спостереження про те, що темна енергія, схоже, не має ніякого ефекту локально, але сильно впливає на галактичні масштаби.

Ця гіпотеза може здатися занадто зручною, щоб бути правдою, але вони для цього вони й існують – ідеї, які можна перевірити, щоб знайти докази за або проти. І, як стверджує команда з кембриджу, ми, можливо, знайшли докази того, що хамелеони є носіями темної енергії в надлишку подій в xenon1t.

Дослідники змоделювали, що станеться, якщо частинки-хамелеони, створені сонцем, в сильно магнітній області, званої тахокліном, пройдуть через детектор xenon1t. І дійсно, сигнал виглядав дуже схоже на той, який спостерігався.

дно камери xenon1t xenon

“було дійсно дивно, що цей надлишок в принципі міг бути викликаний темною енергією, а не темною матерією“, – говорить доктор санні вагноцці, перший автор дослідження. “коли все складається так, це дійсно особливе”.

Звичайно, справа далеко не закрита. Додаткові події ще не підтверджені належним чином, але розширені версії експерименту можуть перевірити результати.

“спочатку нам потрібно знати, що це була не просто випадковість”, – говорить доктор лука візінеллі, співавтор дослідження. “якщо xenon1t дійсно побачив щось, ви б очікували побачити подібний надлишок знову в майбутніх експериментах, але на цей раз з набагато сильнішим сигналом“.

Нагадаємо, раніше повідомлялося, що .