Физики пытаются найти следы существования темного света

Научные коллективы ЦЕРН интересовали не обычные «тяжелые» частицы темной материи

Первые попытки найти темную материю уже проводились на БАК / Фото: wallpaperscraft.ru

Наблюдения за редчайшими распадами бозона Хиггса не помогли ученым из ЦЕРН зафиксировать следы так называемых «темных фотонов», одного из экзотических вариантов темной материи, сообщает РИА «Новости» со ссылкой на CMS.

  • Ученые раскрыли загадку «темной материи» внутри клетки
    Оказалось, что «бесполезные» участки дезоксирибонуклеиновой кислоты удерживают хромосомы внутри ядра клетки

    1341 1

«Бозон Хиггса давно считается своеобразным «связующим звеном» между миром видимой и темной материи, и поэтому эти поиски были одним из самых первых и важных элементов научной программы второго этапа работы БАК. Мы впервые провели подобные замеры, используя все данные, собранные с 2015 по 2018 год», — заявили ученые.

Большой адронный коллайдер был построен в 2008 году для поиска следов «частицы Бога», бозона Хиггса, последней недостающей части Стандартной модели физики. За восемь лет работы он пережил одно крупное обновление, в ходе которого энергия сталкиваемых частиц была увеличена в два раза, и несколько мелких «апгрейдов», значительно повысивших эффективность сбора данных.

БАК удалось решить эту задачу еще в 2012 году, примерно за год до первой плановой остановки машины и ее обновления. Впоследствии ученым удалось найти множество других редких частиц и проверить остальные аспекты Стандартной модели, однако следы новой физики, за исключением громкого фиаско с «частицей массой в 750 ГэВ», так и не удалось обнаружить.

Целенаправленные поиски подобного рода БАК начнет вести после того, как завершится его очередное крупное обновление. Оно началось летом прошлого года после того, как коллайдер ушел в длительный полуторагодовой «отпуск».

Подобными поисками будут заниматься ученые в рамках уже существующих коллабораций ЦЕРН, а также при помощи новых установок, таких как SHiP и FASER, в создании которых принимают участие российские исследователи.

Первые попытки найти темную материю, как отмечают Джоэль Батлер, официальный представитель коллаборации CMS, и его коллеги, уже проводились на БАК в рамках второго этапа его работы, начиная с весны 2015 года и заканчивая летом 2018 года.

Научные коллективы ЦЕРН интересовали не обычные «тяжелые» частицы темной материи, не взаимодействующие с окружающим миром никак, кроме как через силу гравитации, а так называемый «темный сектор».

Так физики называют особый набор квантовых полей и различных бозонов — переносчиков фундаментальных взаимодействий — которые выходят за пределы Стандартной модели физики, но могут проявлять себя при распадах или слияниях других частиц. Обитатели этой «альтернативной физической реальности» в некоторых теориях слабо, но взаимодействуют с видимой материей, а в других — никак не соприкасаются с ней.

  • Ученые нашли еще одно измерение, объясняя существование темной материи
    По мнению ученых, собственно сама материя является ничем иным, как концами струн

    2099 2

Их существование допускают многие вариации теории струн и минимальные расширения Стандартной модели. Они могут объяснить многие аномалии, к примеру, странности в распаде бериллия-8, недавно зафиксированные венгерскими физиками, или «неправильные» магнитные свойства мюонов. С другой стороны, следы их существования пока не были зафиксированы ни на одном крупном ускорителе частиц.

В их число входит так называемый «темный свет», похожий по свойствам на фотоны, «видимые» переносчики электромагнитных взаимодействий. В отличие от их обычных собратьев, темные частицы света должны обладать ненулевой массой и некоторыми другими необычными свойствами.

Подобные частицы, очевидным образом, ни один ныне существующий детектор БАК не может увидеть. По этой причине ученые пытаются найти их по косвенным «уликам», наблюдая за некоторыми редкими распадами частиц.

Принцип их поиска простой: если в ходе этих событий будут возникать подобная невидимая субстанция, то тогда в замерах CMS возникнет своеобразная дыра, порожденная тем, что «темные» фотоны или прочие жители «темного сектора» не взаимодействуют с видимой материей, в том числе с детекторами БАК. К их числу, к примеру, относятся сверхредкие превращения бозона Хиггса в пару частиц, состоящую из «обычного» и «темного» фотона.

Проблема заключается в том, что подобные распады происходят крайне редко, и их крайне сложно вычленить из общего вороха данных, собираемых на коллайдере, и накопить достаточное количество информации для проверки подобных теорий. Батлер и его коллеги пошли на небольшую хитрость и заметно повысили шансы на обнаружение подобных «аномалий», наблюдая не за одиночными распадами бозонов Хиггса, а их комбинаций с Z-бозонами.

Проанализировав весь набор данных, собранных CMS за последние три года, ученые не нашли никаких следов «темных фотонов» в распадах пар «частиц бога» и переносчиков слабых взаимодействий. Как подчеркивают Батлер и его коллеги, это не обязательно означает, что «темный свет» не существует, однако результаты их замеров заметно сузили поле их поисков и облегчили жизнь БАК в последующем цикле его работы.