Первый привет от темной материи? Действительно ли физики открыли новую фундаментальную частицу
Участники международного исследовательского проекта XENON1T сообщили о возможной регистрации аксиона — гипотетической частицы темной материи. Насколько надежен этот результат и как он изменит человеческие представления о Вселенной?
В конце прошлой недели мировые СМИ сообщили о результатах, полученных в ходе эксперимента XENON1T в итальянской исследовательской лаборатории Gran Sasso. Эти результаты могут означать, что впервые зарегистрированы частицы так называемой «темной материи» — неуловимого вещества, составляющего 4/5 всей материи Вселенной, о природе которого, тем не менее, физики на сегодняшней день практически не имеют никаких данных. Если бы этот результат подтвердился, он вполне мог бы оправдать сенсационно звучащие заголовки, упоминающие «Святой Грааль». Однако дают ли опубликованные данные достаточно поводов для заявлений об открытии?
Национальная лаборатория Гран Сассо в Италии — детектор элементарных частиц, расположенный под горным массивом на глубине полутора километров. Установка предназначена для регистрации частиц темной материи. Эти частицы, как предполагается, почти не взаимодействуют с обычной материей, а потому, когда такие взаимодействия происходят, их довольно сложно обнаружить на фоне других событий — к примеру, регистрации частиц обычной материи, прилетающих от Солнца или из глубин космоса. Именно поэтому для успеха эксперимента детектор было необходимо разместить на большой глубине под землей.
За время существования лаборатории в ней было проведено несколько экспериментов по регистрации частиц темной материи, и XENON1T — последний из этой серии. Первоначально предполагалось, что эти частицы представляют собой так называемые WIMP («слабо взимодействующие массивные частицы»). Такие частицы могли бы иногда сталкиваться с ядрами ксенона в детекторе (который, собственно, представляет собой бак с 3,2 тоннами жидкого ксенона) и производить вспышки света, которые и регистрируются приборами. Однако 14 лет наблюдений не дали результата: столкновения гипотетических частиц с ядрами явно не происходили с той частотой, какую можно было ожидать на основании теоретических моделей темной материи, состоящей из WIMP.
Поэтому несколько лет назад исследователи решили обратить внимание на другой тип событий: частицы, значительно более легкие, чем WIMP, могли бы сталкиваться не с ядрами ксенона, а с электронами. Подобные события действительно наблюдались, однако первоначально исследователи списывали их на радиоактивные загрязнения. Тем не менее, на определенном этапе была достигнуто настолько высокая чистота рабочего вещества, что стало возможным количественно оценить вклад событий, необъяснимых с точки зрения привычной физики.