Поиски «тяжелой» темной материи в очередной раз не дали результатов

Крупнейший детектор «тяжелой» темной материи, XENON1T,  не нашел следов ее существования, что сделало природу этой субстанции еще более загадочной для ученых, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

Компьютерная модель «паутины» Вселенной
©  V.Springel, Max-Planck Institut für Astrophysik, Garching bei München

«Эти результаты противоречат самым простым и элегантным теориям суперсимметрии, дополняющим Стандартную модель физики и объясняющим существование темной материи. Это не говорит о том, что таких частиц не существует в принципе, но заставляет нас задуматься об альтернативных объяснениях их природы», — заявил Дэн Хупер (Dan Hooper), физик-теоретик из Национальной ускорительной лаборатории Ферми в Батавии (США).

Достаточно долгое время ученые считали, что Вселенная состоит из той материи, которую мы видим, и которая составляет основу всех звезд, черных дыр, туманностей, скоплений пыли и планет. Но первые наблюдения за скоростью движения звезд в близлежащих к нам галактиках показали, что светила на их окраинах движутся в них с невозможно высокой скоростью, которая была примерно в 10 раз выше, чем показывали расчеты на базе масс всех светил в них.

Причиной этого, как сегодня считают ученые, была так называемая темная материя – загадочная субстанция, на чью долю приходится примерно 75% от массы материи во Вселенной. Как правило, в каждой галактике примерно в 8-10 раз больше темной материи, чем ее видимой «кузины», и эта темная материя удерживает звезды на месте и не дает им «разбежаться».

Сегодня почти все ученые уверены в существовании темной материи, однако ее свойства, помимо ее очевидного гравитационного влияния на галактики и скопления галактик, остаются загадкой и предметом споров среди астрофизиков и космологов. Достаточно долго ученые предполагали, что она сложена из сверхтяжелых и «холодных» частиц-«вимпов», никак не проявляющих себя, кроме как притягивая видимые скопления материи

Подобные частицы сегодня ученые пытаются найти, используя гигантские подземные детекторы, заполненные абсолютно чистым ксеноном.

Ядра атомов благородного газа, как считали раньше ученые, должны были взаимодействовать с «вимпами» особым образом, что можно было обнаружить, наблюдая за вспышками света, возникающими внутри сжиженного ксенона при столкновении его атомов с частицами темонй материи.

За последние два десятилетия ученые создали около дюжины подобных детекторов со все большим объемом и массой, ни один из которых не смог зафиксировать следы взаимодействий ксенона с вимпами. Особые надежды возлагались на проект XENON1T – детектор, построенный в итальянской лаборатории Гран-Сассо в 2014 году и содержавший в себе рекордные 3,5 тонны ксенона, что примерно в 10 раз больше массы всех его конкурентов.

Первые результаты, полученные в ходе наблюдений на XENON1T в ноябре-декабре прошлого года, в очередной раз оказались «нулевыми» – команде из более ста физиков из 21 стран мира не удалось найти никаких значимых следов существования «вимпов» в очень широком диапазоне масс и энергий.

Эти замеры, как отмечают исследователи, исключают большую часть простых теорий суперсимметрии, одновременно объясняющих ряд феноменов за пределами Стандартной модели и то, почему темная материя существует.

Как подчеркивают ученые, подобные результаты не говорят о том, что темной материи не существует. Они всего лишь являются свидетельством того, что масса «вимпов» может быть гораздо более высокой, чем считали физики раньше, или же аргументом в пользу того, что темная материя может быть составлена из сверхлегких частиц, так называемых аксионов, или иметь более экзотическую природу.

Сейчас команда XENON1T проводит повторные наблюдения, которые, как надеются физики, или позволят найти подобные тяжелые частицы, или же укажут на то, что темная материя действительно имеет совершенно иную природу.