Физики планируют не упустить ни одной возможности: влияет ли темная материя на разные типы детекторов, искривляет свет звезд, нагревает ядра планет и откладывается в горных породах.
Схема вариантов массы частиц темной материи (кликабельно)
Поскольку в 1980-х годах было решено, что большая часть массы Вселенной невидима для нас и что эта «темная материя» должна удерживать галактики от коллапса и форма Через гравитацию, составляющую форму всего космоса, экспериментаторы охотились за этими несветящимися частицами.
Сначала они начали поиски тяжелой и медленной формы темной материи, называемой слабо взаимодействующие массивные частицы (слабо взаимодействующая массивная частица, WIMP) – вимпы.
Этот ранний кандидат был одним из наиболее предпочтительных кандидатов на роль потерянной космической материи — он мог решить еще одну загадку, отдельную от физики элементарных частиц.
На протяжении десятилетий физики строили все более крупные мишени в виде кристаллов и многотонных резервуаров с экзотическими жидкостями, надеясь уловить редкое мерцание атомов, возникающее после столкновения с вимпами.
Но детекторы молчали, и физики все чаще начинают размышлять о более широком спектре возможностей.
Они говорят, что на более массивной стороне спектра невидимая материя Вселенной может комок , образуя черные дыры, такие же тяжелые, как звезды.
С другой стороны, темная материя может распространяться в виде тонкой дымки из частиц, в тысячи триллионов триллионов раз легче электронов.
Новые гипотезы приносят с собой новые методы обнаружения.
Кэтрин Зурек, физик-теоретик из Калифорнийского технологического института, говорит, что, если мы ничего не увидим в текущих экспериментах с вимпами, «тогда большая часть исследований в этой области перейдет в сторону этих новых экспериментов».
И работа уже началась.
Вот некоторые из многих новых направлений в поисках темной материи.
Между электроном и протоном
Вимпы будут иметь достаточную массу, чтобы сбивать целые атомы с места, как шар для боулинга.Но если темная материя легче, в некоторых экспериментах готовят более легкие «кегли».
Легкий дождь частиц темной материи весом меньше протона может иногда выбивать электроны из содержащих их атомов.
Первым экспериментом, специально разработанным для захвата такой темной материи, является экспериментальный прибор Sub-Electron-Noise Skipper CCD ( СЕНСЕЙ ), используя технологию, аналогичную той, что используется в цифровых камерах.
Он усиливает сигналы от неожиданно ускоренных электронов, появляющихся внутри вещества.
Когда прототип SENSEI был включен с одной десятой грамма кремния, он не обнаружил темной материи.
И все же полученные результаты опубликовано Команда в 2018 году сразу исключила отдельные модели.
«Как только мы его включили, у нас сразу же появились лучшие ограничения в мире», — сказал Тянь-Тьен Ю , физик из Университета Орегона и член команды SENSEI. «Потому что раньше вообще не было никаких ограничений».
Последние результаты Двухграммовая версия эксперимента SENSEI раздвинула эти пределы, и теперь Ю и его коллеги готовятся реализовать десятиграммовую версию в подземной лаборатории в Канаде, вдали от мешающих космических лучей.
Другие группы разрабатывают альтернативные, недорогие версии экспериментов, нацеленные на аналогичные, легко достижимые результаты.
К облегчению
Если темная материя окажется еще более легкой или невосприимчивой к электрическим зарядам, она не будет выбивать электроны.Зурек придумал методы, которые позволили бы даже таким маленьким вещам обнаружить свое присутствие, воздействуя на группы частиц.
Представьте себе блок кремния в виде матраса, пружинами которого являются атомные ядра.
Если бросить в такой матрас мелкую монету, говорит Зурек, ни одна пружина сильно не сдвинется.
Однако монета вызовет волну, которая затем пройдет через множество источников.
В 2017 году она предложенный что подобное возмущение, вызванное темной материей, может генерировать звуковые волны, которые слегка нагревают систему.
Одним из проектов, идущих по этому пути, является Тессеракт , сейчас работает в подвале Калифорнийского университета в Беркли.
Он ищет волны, генерируемые частицами темной материи, схожими по весу с теми, которые ищет SENSEI. Однако будущие версии эксперимента теоретически позволят искать частицы в тысячу раз легче.
Однако есть и более лилипутские возможности.
Темная материя может состоять из аксионы -частицы настолько легкие, что больше похожи на волны, чем на частицы.
Это также решило бы загадка сильная ядерная сила.
Недавно Аксионский эксперимент с темной материей ( ADMX ) начал искать аксионы, распадающиеся на пары фотонов в мощном магнитном поле.
Несколько других подобных экспериментов начинают работать.
Некоторые эксперименты также нацелены на еще более легкие частицы.
Наименьшая масса, которую теоретически может иметь частица темной материи, в тысячу триллионов триллионов раз меньше массы электрона.
Это будет частица с волной чрезвычайно низкой энергии и длиной волны, сравнимой с диаметром небольшой галактики.
Даже менее тяжелые частицы были бы слишком разбросаны в пространстве и не могли бы объяснить, почему галактики не распадаются.
Подсказки сверху
Пока одни экспериментаторы готовят устройства следующего поколения, намереваясь установить прямой контакт с темной материей, другие планируют прочесать небо в поисках косвенных ее признаков.Считается, что галактики и звезды создают огромные облака темной материи, которые гравитационно притягивают видимую материю.
Однако если бы существовали небольшие скопления темной материи, они бы не смогли этого сделать.
Эти скромные комочки были бы совершенно темными, но все равно преломляли бы проходящий мимо звездный свет. Одна группа исследователей ищет признаки подобного «линзирования» звездного света сгустками темной материи в данные действующий космический телескоп Гайя .
«Темные структуры движутся по нашей галактике», — сказал Анна-Мария Таки , физик из Университета Орегона, является одним из членов команды.
«Двигаясь, они искажают расположение, движение и траектории источников света».
Предварительные результаты , опубликованная в сентябре, не показала наличия таких структур, масса которых превышала бы массу 100 миллионов солнц.
Исследователи надеются иметь более крупные базы данных, в которых можно будет найти облака меньшего размера.
И исходя из размеров и форм этих гипотетических структур, ученые уже смогут понять, как частицы темной материи взаимодействуют друг с другом.
Другие исследователи придумали способ включить в поиск быстрорастущий каталог экзопланет. «Таких вещей просто миллиарды», — сказала она.
Ребекка Лин , физик элементарных частиц Национальной ускорительной лаборатории SLAC, соавтор Сентябрьское предложение .
Идея состоит в том, что планета, проходящая через Млечный Путь, может накапливать темную материю в своем ядре.
Частицы этой темной материи, аннигилируя со своими античастицами, нагревают планету.
Экзопланеты, расположенные ближе к центру галактики, проходят через более плотные скопления темной материи, поэтому они должны светиться ярче в инфракрасном диапазоне.
Лин и его коллеги подсчитали, что если будущий космический телескоп Джеймса Уэбба сможет измерить температуру нескольких тысяч экзопланет, то такой набор данных сможет выявить признаки аннигиляции частиц темной материи, массы которых варьируются от электронов до протонов.
Темная материя повсюду
Возможно, вимпы и находятся в упадке, но от них еще не отказались полностью.В марте следующего года откроется Национальная лаборатория Гран-Сассо в Италии.
эксперимент с 4-тонным ксеноновым баком.
Южнокорейская команда Cosine-100 хочет проверить спорное заявление , сделанное участниками другого эксперимента в Гран-Сассо, DAMA. В последнем массив кристаллов йодида натрия зафиксировал именно такие сезонные изменения данных, которые должны происходить, когда Земля подставляет разные стороны «ветру» темной материи, через который она проходит. «У них есть ежегодная модуляция, в этом нет никаких сомнений.
Но откуда это взялось? - сказал Кэтрин Фрис , астрофизик из Техасского университета в Остине.
«Мы не можем этого понять».
Расчеты Фрайса помогли открыть эру экспериментов с WIMP. Теперь у нее есть новые идеи по поиску этих частиц.
В 2018 году она предположила, что вимпы могут содержаться в камнях глубиной в несколько километров, а недавно присоединилась к предложению выкопать их.
Многие физики ожидают, что темная материя будет одновременно апатичной и повсеместной.
Если они смогут придумать достаточно способов ощутить невидимое, то ее невидимое влияние сможет проявиться где угодно.
Среди этих методов — обнаружение различными типами детекторов, искажение звездного света, нагрев ядер планет и даже накопление в горных породах.
«Детектором темной материи может быть что угодно», — сказал Лин.
«Вам просто нужно быть достаточно креативным, чтобы использовать его».
Теги: #астрономия #Популярная наука #физика #слабак #темная материя #слабаки #детекторы
-
Системы Сбора Данных И Исследования
19 Oct, 24 -
Заправка Тонера
19 Oct, 24 -
Генерация Локальных Обратных Ссылок
19 Oct, 24 -
Защитите Себя От Мошенничества
19 Oct, 24 -
Ключи К Успеху В Партнерстве
19 Oct, 24 -
Обновление Wii? Не Могу Дождаться!
19 Oct, 24 -
Нелегальная Торговля Оружием Через Tor
19 Oct, 24 -
Debian: Легко Конвертировать I386 В Amd64
19 Oct, 24
