Большой адронный коллайдер уже давно мог найти темную материю: ученые этого не понимали

Новое исследование предполагает, что причиной этих явлений может быть одна из самых больших загадок физики – темная материя, пишет Science Alert.

Большой адронный коллайдер был построен для работы в чрезвычайно чистых и стабильных условиях, поэтому появление пыли остается давней загадкой. Физики выдвинули гипотезу, что редкий тип темной материи мог косвенно повлиять на эти странные явления.

Исследователи сравнили коллайдер с "гигантскими и чрезвычайно щепетильными швейцарскими часами". Они объяснили, что если частица темной материи пройдет сквозь Землю на расстоянии около 100 километров от коллайдера, это может повлечь за собой незначительную подземную вибрацию. Эта вибрация может расшатать микроскопическую пыль внутри прибора, что позволит частицам попасть в протонный пучок и привести к потере пучка.

Исследователи сосредоточились на теоретической форме темной материи, известной как аксионные кварковые наггетсы (AQN). Эти объекты существенно отличаются от крошечных частиц, о которых часто идет речь в исследованиях темной материи. Считается, что AQN — это плотные макроскопические объекты, вес которых может достигать килограмма, хотя они остаются чрезвычайно малыми.

Сначала ученые задавались вопросом, может ли таинственная пыль, обнаруженная в коллайдере, действительно быть AQN, поскольку, по оценкам, оба имели примерно одинаковый размер. Дальнейший анализ показал, что сходство было лишь совпадением, но это вдохновило другую идею.

Ученые описали этот сдвиг в мышлении в качестве примера того, как исследования часто развиваются неожиданным образом. "Сначала мы ожидали найти связь между таинственными "неидентифицированными падающими объектами" LHC и темной материей", — отметили они. Впоследствии они осознали, что предлагают совсем другой метод поиска большой, неэлементарной темной материи с использованием уже существующего оборудования.

Темная материя остается одной из самых нерешенных проблем в астрономии и физике. Хотя ученые не могут видеть ее напрямую, ее гравитационные эффекты свидетельствуют о том, что она составляет значительную часть Вселенной. Большинство экспериментов было направлено на поиск крошечных элементарных частиц, но AQN открывают совсем другую возможность. Если они существуют, то могут взаимодействовать с обычной материей таким образом, что создают измеряемые физические эффекты, не являясь при этом непосредственно видимыми.

С помощью расчетов команда оценила, что AQN, пролетая поблизости от LHC, может генерировать слабую акустическую ударную волну под землей. Образовавшиеся вибрации могут оказаться достаточными для высвобождения пыли в протонный пучок. Согласно их исследованию, такие события будут генерировать сигналы, примерно в пять раз сильнее обычного фонового шума. Что еще важнее, ученые спрогнозировали уникальную закономерность: три или более связанных между собой событий типа НПО, появляющихся в течение двух секунд в последовательных точках вдоль 27-километрового тоннеля коллайдера. Такая последовательность выделялась бы среди обычных возмущений пучка.

Одним из преимуществ этого предложения является то, что для его реализации не потребуется новое оборудование. У LHC уже используются мониторы потерь пучка для защиты ускорителя от повреждений. Ученые отметили, что эти приборы "могут также реагировать на то, для обнаружения чего никто не проектировал". Вместо того чтобы строить новые детекторы, исследователи могли бы проанализировать существующие записи, чтобы найти последовательность событий, связанных с НПО.

Если эта идея подтвердится, то она откроет совершенно новый способ исследования темной материи. Даже если доказательства не будут найдены, изучение этих необычных событий потери пучка может улучшить понимание самого LHC и помочь исследователям разгадать еще одну давнюю загадку.

Другие новости науки

• Ученые объяснили, почему некоторые из древнейших метеоритов содержат гораздо больше серебра, чем Солнце. Это отличие озадачивало астрономов, поскольку ранняя Солнечная система должна иметь почти одинаковый химический состав.
• Ученые обнаружили, что черные дыры не только поглощают материю, но и выбрасывают ее наружу. Об этом свидетельствуют результаты нового исследования.