Очередной эксперимент по поиску темной материи провалился

Большинство астрономов считают, что темная материя составляет 85 процентов всей массы во Вселенной, и что ее существование объясняет очевидную дополнительную гравитацию, обнаруживаемую вокруг галактик и внутри огромных скоплений галактик. Однако до сих пор никто не смог определить, из чего состоит темная материя.

До недавнего времени главным подозреваемым был вид частиц, называемых WIMP, что является аббревиатурой для «слабо взаимодействующих массивных частиц». Считается, что эти теоретические частицы практически не взаимодействуют с обычной материей, за исключением случаев, когда речь заходит о гравитации. Однако Большой адронный коллайдер (БАК), крупнейший и мощнейший ускоритель элементарных частиц в мире, не смог найти доказательств существования WIMPS.

Таким образом, теоретикам приходится изо всех сил пытаться найти альтернативные теории о том, что такое темная материя.

"WIMPS - это один из классов частиц, которые, как предполагается, объясняют темную материю, поскольку они не поглощают и не излучают свет и не сильно взаимодействуют с другими частицами, - говорит Дипака Кара, профессора физики Университета Витватерсранда в Йоханнесбурге. - Однако, поскольку до сих пор не было найдено никаких доказательств существования WIMPS, мы поняли, что поиск темной материи нуждается в смене парадигмы".

Некоторые альтернативные модели темной материи утверждают, что вместо того, чтобы слабо взаимодействовать, темная материя на самом деле может сильно взаимодействовать с некоторыми частицами в Стандартной модели. Считается, что частицы темной материи существуют за пределами Стандартной модели.

Кар и его бывший студент Суканья Синха, которая сейчас работает в Манчестерском университете в Великобритании, разработали новый способ поиска этих потенциальных темных частиц в высокоэнергетических столкновениях протонов, которые происходят внутри LHC.

Когда протоны собираются вместе почти со скоростью света внутри БАК, они распадаются на составляющие их кварки и глюоны, которые быстро распадаются, образуя ливень короткоживущих субатомных частиц. Эти потоки частиц называются "струями".

Идея Кара и Синхи, которая легла в основу докторской диссертации Синхи, заключается в том, что возможные темные кварки и глюоны могут распадаться с образованием смеси частиц, как обычных, так и темных. Это привело бы к тому, что они называли "полувидимыми" струями. Струи образуются парами, объясняют они, и если бы одна обычная струя и одна полу-видимая струя были созданы бок о бок, темные частицы унесли бы часть энергии, что привело бы к показателю энергетического дисбаланса, потому что темные частицы не были бы видны.

Кар и Синха провели поиск этих энергетических дисбалансов с помощью эксперимента ATLAS на БАК. Однако, поскольку небольшое неправильное измерение двух нормальных струй может имитировать энергетический дисбаланс полу-видимой струи, данные ATLAS должны были быть проанализированы очень тщательно.

Дуэт не нашел никаких доказательств существования полувидимых струй, но это не значит, что их не существует.

Результаты ATLAS, опубликованные в журнале Physics Letters B, указывают на верхние пределы свойств этих теоретических темных частиц, что позволяет точно настроить будущие эксперименты по их поиску.