Главная Новости XENON1T обнаружил нечто, но астрономы не поймут, что именно

Астрономы что-то обнаружили, но пока не могут определить, что имено

В прошлом году XENON1T, самый чувствительный в мире детектор темной материи, похоже, произвел фурор. Не темной материи, а чего-то другого. Возможно, он обнаружил нейтрино, а возможно, солнечные аксионы или радиоактивное загрязнение в детекторе.

XENON1T обнаружил нечто необъяснимое

Теперь другая команда физиков подтвердила (или опровергла?) зафиксированное. По их мнению, сигнал может быть связан не с темной материей, а с темной энергией. Если это действительно то, что вызвало всплеск детектирования на XENON1T, то это является важной вехой в поисках этой таинственной природной силы.

Темная энергия, как и темная материя, нам неизвестна. Темная материя - это название, которое мы даем массе, которую не можем обнаружить напрямую. Мы предполагаем ее существование, потому что во Вселенной существует больше гравитации, чем учитывается при подсчете того, что мы можем обнаружить.

Считается, примерно 5% Вселенной - это обычная материя, такая как звезды, черные дыры, планеты и мы. Около 21% составляет темная материя.

Оставшиеся 74% или около того - темная энергия. Нам не удалось обнаружить ее напрямую; вместо этого мы делаем вывод о ее существовании по ускоряющемуся расширению Вселенной. Что-то заставляет Вселенную расширяться быстрее, чем объясняется стандартными моделями, и мы называем это что-то темной энергией".

"Несмотря на то, что оба компонента невидимы, о темной материи мы знаем гораздо больше, поскольку предположения о ее существовании появились еще в 1920-х годах, в то время как темная энергия была открыта только в 1998 году", - говорит космолог Санни Вагноцци из Института космологии имени Кавли Кембриджского университета в Великобритании.

Крупномасштабные эксперименты, такие как XENON1T, были разработаны для прямого обнаружения темной материи путем поиска признаков "столкновения" темной материи с обычной материей, но темная энергия еще более неуловима.

XENON1T - детектор темной материи и темной энергии

XENON1T представляет собой резервуар, заполненный 3,2 метрическими тоннами сверхчистого жидкого ксенона и оснащенный массивами фотоэлектронных умножителей. Он полностью герметичен и абсолютно темный, поэтому исследователи могут обнаружить вспышку электролюминесценции при взаимодействии частиц, в результате чего из атомов ксенона вылетает крошечный поток электронов.

Поскольку большинство таких вспышек происходит в результате известных взаимодействий частиц, у нас есть довольно точное представление о том, сколько событий, связанных с отдачей электронов, должно происходить на фоне общего шума. Примерно 232 ± 15 событий-наблюдений в год. Вместо этого XENON1T зафиксировал 285 событий с февраля 2017 года по февраль 2018 года.

Наиболее вероятным объяснением, по мнению ученых, является тип гипотетических частиц, называемых солнечными аксионами, которые были впервые обнаружены в 1970-х годах: они были «придуманы», чтобы объяснить, почему сильные атомные силы следуют симметрии зарядовой четности, хотя большинство моделей утверждает, что в этом нет необходимости.

Но есть проблема: если Солнце может производить аксионы, то и все звезды «работают» аналогичным способом. Однако наблюдаемая потеря тепла в очень горячих звездах накладывает жесткие ограничения на взаимодействие аксионов с субатомными частицами.

Поэтому Вагноцци и его команда решили проверить возможность того, что причиной переизбытка является темная энергия.

Сейчас темная энергия может быть загадкой, но большинство физических моделей темной энергии приводят к неизвестной пятой силе природы, помимо электромагнетизма, гравитации и двух ядерных взаимодействий.

Поскольку ускоренное расширение Вселенной обнаруживается только на очень больших масштабах, а гравитация работает в локальных регионах, любая модель темной материи, предполагающая наличие пятой силы, должна адекватно объяснить, почему эта сила не очевидна на нашем астрономическом участке.

Вагноцци и его команда разработали методологию, основанную на механизме под названием "отбор хамелеонов", который позволяет избежать путаницы в объяснении того, почему мы не видим пятой силы, предполагая, что она слишком короткодействующая в плотных средах, подобных нашей.

"Наш отбор хамелеонов отключает производство частиц темной энергии в очень плотных объектах, избегая проблем, с которыми сталкиваются солнечные аксионы", - говорит Вагноцци.

"Это также позволяет нам отделить то, что происходит в локальной очень плотной Вселенной, от того, что происходит на больших масштабах, где плотность чрезвычайно мала".

Их результаты показали, что частицы темной энергии из сильно магнитной области Солнца, называемой тахоклином - между радиационной внутренней и внешней конвективной зоной - могли вызвать сигнал, наблюдаемый в данных XENON1T. Это объяснение предпочтительнее, чем объяснение только фоном, с достоверностью 2,5 сигма.

Оно все еще не так достоверно, как объяснение солнечных аксионов; даже если речь идет о нейтрино или радиоактивном загрязнении, уровень доверие к которым составляет 3,2 сигма.

Однако оно представляет собой альтернативную гипотезу, не имеющую тех острых проблем, которые связаны с иными предположениями. Прямо соблазн увидеть темную энергию!

Все это хорошо, если сигнал был настоящим. Для того чтобы быть уверенными, нам необходимо еще одно обнаружение, а поскольку XENON1T в настоящее время проходит модернизацию, ждать осталось недолго.

"Было действительно удивительно, что этот избыток в принципе мог быть вызван темной энергией, а не темной материей, - подчеркивает Вагноцци. - Когда все так совпадает, это действительно нечто особенное".

Дата: 2021-09-19

Автор: Александр Войтенко

Поделиться с друзьями: