Неуловимая тёмная материя и первые загадочные сигналы с эксперимента QROCODILE

Первые загадочные сигналы с эксперимента QROCODILE // .physik.uzh

Учёные из Швейцарии и Израиля представили первые загадочные сигналы в новом эксперименте QROCODILE, который ищет лёгкие частицы тёмной материи с рекордной чувствительностью. Используя сверхпроводящие детекторы при почти абсолютном нуле, команда приблизилась к разгадке тайны, которая уже почти сто лет не даёт покоя физикам. Это может стать важным шагом в понимании самой структуры Вселенной.

Если коротко, тёмная материя – это примерно 85% всей массы Вселенной, но никто до конца не понимает, что это такое. Она никак не светится, не отражает свет, и заметить её напрямую до сих пор не удавалось. Всё, что мы видим – это влияние этой таинственной субстанции на галактики и космическую структуру в целом: звезды и целые галактики вращаются так, как будто вокруг них есть дополнительная масса, которой увидеть нельзя.

В поисках этой загадки стоит сделать шаг назад – к 1930-м годам. Тогда астроном Фриц Цвикки заметил, что масса видимой материи в галактиках слишком мала, чтобы удерживать эти галактики от разрушения под действием собственной скорости вращения. Он предположил, что должно быть что-то невидимое – «тёмная материя». С тех пор за ней охотятся сотни учёных по всему миру.

В 1970–80-х годах появились более точные наблюдения, включая кривые вращения галактик, которые однозначно подтверждали наличие «невидимой» массы. С тех пор физики разработали множество теорий о том, чем может быть эта тёмная материя – от новых видов частиц до экзотических объектов вроде примордиальных чёрных дыр.

Эксперименты по обнаружению тёмной материи проходили в самых разных формах. Одни установки находятся глубоко под землёй, чтобы экранироваться от фона – космических лучей и естественных радиоактивных излучений. К примеру, эксперимент LUX-ZEPLIN (США) использует огромный резервуар с жидким ксеноном, стараясь увидеть, как гипотетические частицы темной материи – так называемые WIMP – сталкиваются с атомами вещества.

Другие проекты изучают космос – например, спутники, которые пытаются поймать следы аннигиляции частицы тёмной материи в виде гамма-лучей. Но в целом, до сегодняшнего дня прямых, абсолютно подтверждённых сигналов не было.

И вот на сцену выходит QROCODILE – эксперимент, который проводят учёные из Швейцарии и Израиля при поддержке США и Германии. Основная идея – использовать сверхчувствительные сверхпроводящие детекторы, охлаждённые почти до абсолютного нуля. Представьте, детектор, способный регистрировать энергетические выбросы размером в пару десятых электронвольта – это уровень в миллионы раз слабее, чем мы обычно измеряем! Благодаря этому учёные могут искать более лёгкие и таинственные частицы тёмной материи, которые ранее были недоступны для обнаружения.

В ходе эксперимента, длившегося более 400 часов, команда уже получила первые странные сигналы, которые пока нельзя объяснить обычной физикой элементарных частиц. Это означает: либо мы на пороге открытия, либо просто столкнулись с каким-то похожим фоновым шумом – например, космическими лучами или естественным радиоактивным фоном.

Особенность QROCODILE – способность определять направление, откуда приходят частицы. Поскольку Земля движется сквозь «гало» тёмной материи, которое окружает нашу галактику, предполагается, что сигналы тёмной материи будут иметь определённую направленность. В будущем это поможет чётко разделять настоящие сигналы и помехи.

Темная материя – фундаментальная загадка, от разгадки которой зависит наше понимание самой структуры и эволюции Вселенной. Если QROCODILE действительно зафиксирует сигналы тёмной материи, это станет прорывом, который изменит физику и космологию.

Физик-теоретик Стефано Профумо объясняет, что тёмная материя могла возникнуть сразу после Большого взрыва и «выжить» до наших дней, подчёркивая естественность её существования для стройной картины космоса.

Так что следим за экспериментом: возможно, вскоре мы получим первые настоящие ответы на вопрос, что же скрывается в тёмных уголках космоса.//sa

(тв)