|
Новый метод поиска сильно взаимодействующей темной материи
|
|
|
|
Физики всего мира пытаются обнаружить частицы темной материи (DM) и их взаимодействие с видимой материей, используя различные стратегии и детекторы. Поскольку эти частицы не излучают, не отражают и не поглощают свет, их очень трудно наблюдать, особенно с использованием обычных экспериментальных методов. Исследователи из TRUMF, Университета Миннесоты, Калифорнийского университета в Беркли и Стэнфордского университета недавно предложили новый подход, который может помочь обнаружить эти загадочные частицы, не объясняемые стандартной моделью. Этот подход, представленный в статье, опубликованной в Physical Review Letters, направлен на обнаружение сигналов, намекающих на аннигиляцию темной материи в видимую материю внутри больших детекторов нейтрино.
|
|
|
|
«Связанная с Землей DM (частицы DM, которые захватываются Землей в результате столкновений с составляющими Земли), которая достаточно сильно взаимодействует с обычным барионным веществом, может иметь соблазнительно большую плотность, почти на 15 порядков больше, чем плотность Галактической DM (~ 0,3 ГэВ/см3)», — сказал Phys.org Анупам Рэй, один из исследователей, проводивших исследование. «Теперь большой вопрос заключался в том, как обнаружить такие частицы DM, которых довольно много в объеме Земли? Поскольку их кинетическая энергия мала (~ 0,03 эВ), их обнаружение в традиционных экспериментах по прямому обнаружению практически невозможно, поскольку эти эксперименты не чувствительны к такому низкому выделению энергии. Поэтому мы думали о новых способах обнаружения таких частиц DM».
|
|
|
Вместо того, чтобы искать сигналы, намекающие на рассеяние частиц DM, как это делалось до сих пор в большинстве попыток прямого обнаружения, Рэй и его коллеги предложили смотреть на их аннигиляционные сигналы. Это сигналы, возникающие при аннигиляции DM, или, другими словами, когда они сталкиваются с другими частицами и уничтожаются, высвобождая при этом энергию. В отличие от сигналов рассеяния, сигналы аннигиляции не ограничены небольшим количеством кинетической энергии, поэтому их потенциально легче искать и обнаруживать. Поскольку предполагается, что частицы DM, связанные с Землей, многочисленны, исследователи предложили искать их, ища сигналы, намекающие на их аннигиляцию, внутри детекторов нейтрино большого объема, таких как Super-Kamiokande. Это крупномасштабный черенковский детектор, расположенный под горой Икено в Японии, который используется для изучения нейтрино, исходящих от Солнца, сверхновых, атмосферы и других источников.
|
|
|
|
«Связанные с Землей DM, которые сильно взаимодействуют с обычным барионным веществом, в изобилии присутствуют внутри любых детекторов нейтрино большого объема, таких как Super-Kamiokande», — пояснил Рэй. «Если они аннигилируют внутри реперного объема Супер-Камиоканде, это может вызвать наблюдаемые сигнатуры. Супер-К может легко искать эти продукты аннигиляции, и из этих поисков можно обеспечить беспрецедентную чувствительность к параметрам DM. Важно подчеркнуть, что даже если эти сильно взаимодействующие частицы DM, связанные с Землей, составляют очень малую часть всей плотности DM (нет оснований полагать, что DM состоит из одного вида), предлагаемый нами метод может обеспечить лучшую в мире чувствительность к параметрам DM."
|
|
|
|
Недавняя работа этой группы исследователей представляет новый метод, который может помочь исследовать связанные с Землей сильно взаимодействующие частицы DM, которые, как предполагается, очень распространены, но до сих пор их было очень трудно наблюдать. Даже если эти специфические частицы составляют лишь крошечную часть современной плотности DM, этот новый метод может работать очень хорошо и, таким образом, может способствовать продолжающимся поискам DM. «Теперь мы хотим исследовать сигнатуры нейтрино от сильно взаимодействующей с Землей DM», — добавил Рэй. «В этом исследовании мы не чувствительны к относительно большой массе DM (скажем, масса DM 10 ГэВ и более). Потому что по мере того, как DM становится тяжелее, они концентрируются к центру Земли, и, как следствие, их количество плотность внутри объема Супер-Камиоканде значительно уменьшилась, что привело к незначительному сигналу. Однако, используя нейтринный сигнал, мы надеемся исследовать пространство параметров тяжелой DM».
|
|
|
|
Источник
|
