Ученые впервые экспериментально зафиксировали частицы темной материи

© NASA, ESA, CXC, M. Bradac (University of California, Santa Barbara, USA), and S. Allen (Stanford University, USA)

Ученые сумели зафиксировать два случая взаимодействия элементарных частиц большой массы в ходе многолетнего эксперимента в подземной обсерватории, и уверены, что в случае повторения и подтверждения успеха в ходе будущих наблюдений, обнаруженные частицы станут лучшими кандидатами на роль частиц загадочной темной материи, сообщается в статье исследователей, опубликованной в сегодняшнем выпуске журнала Science.

Темная материя - это до сих пор гипотетическая субстанция, о наличии во Вселенной которой впервые заговорили астрономы. Они обратили внимание на то, что силы, с которыми притягиваются друг к другу галактики и их скопления, образующие в последствии галактические кластеры, не могут быть объяснены гравитационными взаимодействиями звезд, газопылевых облаков и других, видимых в телескопы, небесных тел в них. Согласно расчетам, эти силы в несколько раз превышают те, что должны были возникнуть.

Поэтому ученые предположили, что в космосе существует иной род материи, не взаимодействующий с электромагнитным излучением, а потому его нельзя обнаружить с помощью телескопов. Эта материя, названная за свои предполагаемые свойства "темной", должна состоять из массивных частиц, очень слабо взаимодействующих с атомами, образующими привычные нам "видимые" вещества.

Изучением "темной материи" занимаются в основном ученые-теоретики, создающие модели и гипотезы на основе все новых и новых космических наблюдений, однако многие ученые надеются, что обнаружить частицы темной материи можно и экспериментально, детектируя слабые всплески энергии, происходящие, когда частицы темной материи соударяются с ядрами атомов обычного вещества. В случае такого соударения, частицы отскакивают друг от друга с выделением небольшого количества энергии.

Чтобы различить такой всплеск энергии на фоне множества других взаимодействий вещества и излучения, в США была создана специальная подземная Обсерватория криогенного поиска темной материи (Cryogenic Dark Matter Search II - CDMS II). Она находится на глубине более 600 метров под землей и состоит из 30 полупроводниковых кремний-германиевых детекторов размером с хоккейную шайбу, охлажденных до температуры минус 273.1 градуса Цельсия, всего на 0,6 градуса выше температуры абсолютного нуля.

В этой обсерватории, оборудованной в старой шахте по добыче железной руды, ученые полагают, что могут наблюдать слабые взаимодействия частиц, так как сюда не могут проникнуть ни частицы обычной материи, ни какой либо тип излучения.

Авторы публикации из 15 различных научных учреждений США, Канады и Швейцарии во главе с Джоди Кули (Jodi Cooley) из Южного методического университета в США сообщают, что им удалось засечь два случая слабого взаимодействия частиц большой массы, с веществом детекторов. По своим параметрам обнаруженные частицы наиболее всего подходят под теоретические представления о частицах темной материи, однако два случая регистрации - это статистически слишком малый результат. Поэтому авторы статьи не могут утверждать наверняка, что им впервые удалось засечь частицы темной материи. Есть вероятность, что обнаруженные всплески энергии - это всплеск фонового шума в полупроводниковых материалах детекторов.

Для подтверждения своего результата ученым необходимо зафиксировать, как минимум, еще пять подобных случаев.

"Многие ученые уверены, что мы уже очень близко к экспериментальному обнаружению частиц темной материи, не только мы, но и участники других аналогичных экспериментов. Мы ожидаем, что в течение пяти последующих лет получим четкий сигнал", - сказал Тарек Сааб (Tarek Saab), один из физиков, принимающих участие в эксперименте, слова которого приводит пресс-служба Флоридского университета.

Оригинал статьи находится на сайте РИАН