Великий адронний колайдер вже давно міг знайти темну матерію: вчені цього не розуміли (фото)

Нове дослідження припускає, що причиною цих явищ може бути одна з найбільших загадок фізики — темна матерія, пише Science Alert.

Великий адронний колайдер збудували для роботи в надзвичайно чистих і стабільних умовах, тому поява пилу залишається давньою загадкою. Фізики висунули гіпотезу, що рідкісний тип темної матерії міг опосередковано спричинити ці дивні явища.

Дослідники порівняли колайдер із "гігантським і надзвичайно делікатним швейцарським годинником". Вони пояснили, що якщо частинка темної матерії пройде крізь Землю на відстані близько 100 кілометрів від колайдера, це може спричинити незначну підземну вібрацію. Ця вібрація може розхитати мікроскопічний пил усередині приладу, що дозволить частинкам потрапити у протонний пучок і спричинити втрату пучка.

Дослідники зосередилися на теоретичній формі темної матерії, відомій як аксіонні кваркові нагетси (AQN). Ці об’єкти суттєво відрізняються від крихітних частинок, про які часто йдеться в дослідженнях темної матерії. Натомість вважається, що AQN — це щільні макроскопічні об'єкти, вага яких може сягати кілограма, хоча вони залишаються надзвичайно малими.

Спочатку вчені задавалися питанням, чи може таємничий пил, виявлений у колайдері, насправді бути AQN, оскільки, за оцінками, обидва мали приблизно однаковий розмір. Подальший аналіз показав, що подібність була лише збігом, але це надихнуло на іншу ідею.

Вчені описали цей зсув у мисленні як приклад того, як дослідження часто розвиваються несподіваним чином. "Спочатку ми очікували знайти зв’язок між таємничими "неідентифікованими падаючими об’єктами" LHC та темною матерією", — зазначили вони. Згодом вони усвідомили, що пропонують зовсім інший метод пошуку великої, неелементарної темної матерії з використанням обладнання, яке вже існує.

Темна матерія залишається однією з найбільших невирішених проблем в астрономії та фізиці. Хоча вчені не можуть бачити її безпосередньо, її гравітаційні ефекти свідчать про те, що вона становить значну частину Всесвіту. Більшість експериментів були спрямовані на пошук крихітних елементарних частинок, але AQN відкривають зовсім іншу можливість. Якщо вони існують, то можуть взаємодіяти зі звичайною матерією таким чином, що створюють вимірювані фізичні ефекти, не будучи при цьому безпосередньо видимими.

За допомогою розрахунків команда оцінила, що AQN, пролітаючи поблизу LHC, може генерувати слабку акустичну ударну хвилю під землею. Утворені вібрації можуть виявитися достатніми для вивільнення пилу у протонний пучок. Згідно з їхнім дослідженням, такі події генеруватимуть сигнали, приблизно в п'ять разів сильніші за звичайний фоновий шум. Що ще важливіше, вчені спрогнозували унікальну закономірність: три або більше пов'язаних між собою подій типу "НПО", що з'являються протягом двох секунд у послідовних точках уздовж 27-кілометрового тунелю колайдера. Така послідовність виділялася б серед звичайних збурень пучка.

Однією з переваг цієї пропозиції є те, що для її реалізації не знадобиться нове обладнання. У LHC вже використовуються монітори втрат пучка для захисту прискорювача від пошкоджень. Вчені зазначили, що ці прилади "можуть також реагувати на те, для виявлення чого їх ніхто не проєктував". Замість того, щоб будувати нові детектори, дослідники могли б проаналізувати наявні записи, щоб знайти послідовність подій, пов'язаних з НПО.

Якщо ця ідея підтвердиться, вона відкриє цілком новий спосіб дослідження темної матерії. Навіть якщо доказів не буде знайдено, вивчення цих незвичайних подій втрати пучка може покращити розуміння самого LHC та допомогти дослідникам розгадати ще одну давню загадку.

Інші новини науки

• Вчені пояснили, чому деякі з найдавніших метеоритів містять набагато більше срібла, ніж Сонце. Ця відмінність спантеличувала астрономів, оскільки рання Сонячна система мала б мати майже однаковий хімічний склад.
• Вчені виявили, що чорні діри не тільки поглинають матерію, а й викидають її назовні. Про це свідчать результати нового дослідження.