Рубрики
Наука

Темна матерія посилає дивні сигнали: несподіваний експеримент

З 2016 по 2018 роки дослідники розробляли експеримент під назвою XENON1T, призначення якого полягало в розкритті таємниці темної матерії. Оскільки, за припущеннями вчених, ця речовина повинна бути присутня практично всюди, XENON1T повинен був виявляти і фіксувати рідкісні свідчення, коли її частки вступають у взаємодію із «звичайною» матерією.

Для цього вчені встановили обладнання напроти величезного резервуара, заповненого декількома тоннами рідкого ксенону. Коли крізь резервуар проникають будь-які зовнішні частки, вони збуджують атоми ксенону і створюють спалах світла, а також потік вільних електронів, які і повинен виявити XENON1T.

Примітно, що подібні явища можуть бути наслідком не тільки контакту з темною матерією, але і з практично будь-якими відомими частками. Для того, щоб відфільтрувати «сміттєву» матерію, команда створювала теоретичні моделі і будувала прогнози очікуваних збурень, а потім порівнювала їх з реальною картиною.

Як результат — фізики отримали «фантастичне різноманіття» збурень ксенону. Крім 232 очікуваних спалахів було зафіксовано цілих 53!

Щось дивне виразно відбувалось в середині резервуара з ксеноном. Але що саме?

Дослідники говорять, що є три можливих пояснення. Давайте спочатку позбавимося від нудного: це може бути просто випадковие джерело фонових перешкод. Сигнал узгоджується з домішками тритію в резервуарі, і буде потрібно всього кілька атомів тритію на 10 септілліонов (!) атомів ксенону, щоб створити дисбаланс. На жаль, жоден інструмент не володіє достатньою чутливістю, щоб виявити такі нікчемні рівні тритію в декількох тоннах ксенону, тому дану версію не можна виключати.

На щастя, дві інші ідеї набагато цікавіші. Команда каже, що в якості джерела збурень найкраще підходить гіпотетична елементарна частинка, яка називається аксионом. Концепція цих частка була вперше запропонована в 1970-х роках. Якби Аксиони мали певну масу, то вони могли б пояснити дивні речі, які ми приписуємо темній матерії.

Хоча ці конкретні сонячні Аксиони не були б кандидатом у «темну матерію», в разі підтвердження даної гіпотези експеримент стане першим в історії науки підтвердженим свідченням виявлення будь-якого виду аксионів як таких. Це само по собі було б надзвичайно значним відкриттям.

Третє пояснення полягає в тому, що ці сигнали походять від невідомих раніше властивостей нейтрино. Ці надлегкі елементарні частинки всюди і рідко взаємодіють з іншим речовиною, але все ж іноді вони це роблять. Якщо нейтрино взаємодіють з ксеноном, то мають великий магнітним моментом, ніж той, який описує стандартна модель фізики елементарних частинок. Якщо ця теорія виявиться правдивою, то нам буде потрібно внести коригування в звичні фізичні моделі.

Команда стверджує, що на даний момент теорія сонячних аксионів є лідером. Наступна фаза експерименту передбачає збільшення маси ксенону в три рази при загальному зниженні фонових «шумів» — так що відповідь ми можемо дізнатися зовсім скоро.