Детектор для ловли темной материи смог поймать темную энергию

С тех пор физики искали источник полученных сигналов. В новой работе кембриджские исследователи предлагают на его роль ответственного за расширение Вселенной темной энергии. Избыток пойманных детектором электронов ученые объясняют хамелеоным полем, которое и могло экранировать энергию. Статья опубликована в Physical Review D. Отдаленные друг от друга галактики предпочитают удаляться друг от друга еще дальше, причем чем больше они расходятся друг от друга, тем быстрее галактики удаляются. Количественно темп такого расширения Вселенной можно описать параметром Хаббла. В современной теории гравитации — общей теории относительности — параметр Хаббла определяется плотностью энергии всех форм материи и кривизной трехмерного пространства. Однако выяснилось, что «нормальной» материи не хватает для объяснения измеренного темпа расширения Вселенной. Даже учитывая темную материю, которую вычислили по гравитационным взаимодействием с обычной, хотя пока непосредственно ее носителей поймать не удалось. Ученые считают, что темная материя состоит из частиц-носителей, которых просто так зафиксировать невозможно, но суммарно их массы хватит, чтобы макроскопически влиять на вещество через гравитационное взаимодействие и что мы сможем зафиксировать.

Одним из таких и занимался детектор XENON1T. Он находится в глубоко под землей в лаборатории Гран Сассо в Италии и с помощью 3,2 тонны охлажденного жидкого ксенона должен ловить такие гравитационные аномалии — столкновение между частицами темной материи и обычным веществом. В частности он нацелен на поиск слабовзаимодействующих массивных частиц — вампов. Они теоретически в десятки или даже в сотни раз больше массы протона (массивные) и они почти не проявляют себя при взаимодействии с обычным веществом (слабовзаимодействующих).

Всякий раз, как частица темной материи сталкиваться с ядром атома в материале мишени детектора, будет возникать крошечная вспышка света, которая уловит фотоумножитель и превратит в электрический сигнал. За этими событиями, которые ученые отсеивают от «шума», вычисляя ожидаемый фоновый уровень событий, источник которых известно, они и планируют зафиксировать частицу. В прошлом году физики зарегистрировали аномально много событий, источник которых неизвестен — превышение почти на 23%. Главным кандидатом на источник стала гипотетическая элементарная частица, которая называется солнечным Акс ионом. Как следует из названия, она генерируется Солнцем, и, хотя сама по себе не считается кандидатом в темную материю, другие типы Акс ион таковы, поэтому обнаружение доказательств существования любого из них помогло бы решить вопрос с темной материей. Другая гипотеза заключается в том, что магнитный момент нейтрино оказался большим, чем его предсказывает Стандартная модель. В этой работе группа физиков во главе с Санни Вагнози (Sunny Vagnozzi) предлагает интерпретировать полученные сигналы как свидетельство темной энергии.

Нехватка материи, о которой мы упомянули выше, составляет около 70% - ее списали на темную энергию. Это форма энергии, которая равномерно распределена во Вселенной и способствует его ускоренному расширению. Частью космологической картины мира она впервые стала в 1998 году, когда две группы ученых независимо подтвердили расширение Вселенной с ускорением. Этим темная энергия и отличается от «нормальной», которая расширение должна была бы тормозить. Исследователи смоделировали, что произойдет, если частицы-хамелеоны, созданные Солнцем, в Тахо клини, ответственном за формирование у него магнитного поля, пройдут через детектор XENON1T. И смоделированный сигнал выглядит очень похожем на то, что наблюдали. Частицы-хамелеоны меняют свою массу, подстраиваясь под гравитационное окружения и, соответственно, меняя гравитационный сигнал, идущий от него. По словам ученых, именно связь темной энергии с фотонами приводит к образованию сильного магнитного поля солнечного Тахо клина. Увиденный на детекторе избыток событий отдачи электронов таким образом с погрешностью в две сигмы вполне объясняется темной энергией, экранированной частицами-хамелеонами. Это поднимает привлекательную возможность того, что XENON1T, возможно, впервые обнаружил темную энергию.

Перевод материала nauka.ua