Фізики проаналізували можливі механізми поглинання частинок темної матерії і показали, що такі реакції можуть реєструвати вже існуючі детектори. Це дає можливість пристосувати ряд наявних експериментів для пошуку гіпотетичних частинок і отримати нові обмеження на їх параметри, майже не вдаючись до додаткових витрат. Текст роботи опубліковано в журналі.
Темна матерія - це гіпотетична форма речовини, яка не бере участі в електромагнітній взаємодії. Вперше про її існування вчені заговорили на початку минулого століття. Тоді дослідники виявили, що галактикам і галактичним скупченням не вистачає звичайної маси, щоб рухатися з спостережуваною швидкістю, - для цього потрібна невидима компонента речовини, яка багаторазово посилює гравітацію. Відтоді фізики отримали безліч експериментальних і теоретичних свідчень, що вказують на існування темної матерії (докладніше про це можна почитати в нашому інтерв'ю з астрофізиком Андрієм Дорошкевичем). Сьогодні вважається, що її маса у Всесвіті приблизно в п'ять разів перевершує масу видимої речовини. Незважаючи на це, спроби безпосередньо зареєструвати частинки темної матерії поки не увінчалися успіхом.
Американська дослідницька група з Національної лабораторії імені Лоуренса в Берклі і Каліфорнійського університету під керівництвом Джеффа Дрора (Jeff Dror) представила новий метод пошуку гіпотетичних частинок. Автори зосередилися на реакціях поглинання - на відміну від розсіювання, при якому відбувається обмін тільки кінетичною енергією, в таких процесах налітає частинка передає мішені (як правило, атомному ядру) ще й свою енергію спокою. Реакцію можна виявити по її продуктах - частинках, що народжуються в результаті зіткнення. Їх характеристики вимірюють за допомогою спеціальних детекторів, після чого, використовуючи закони збереження, визначають тип частинки, що налітає, та її властивості.
Вчені досліджували два види реакцій: в одному випадку продуктом стає нейтрино, а в іншому - бета-частинка (тобто електрон або позитрон). При цьому для розглянутих мішеней обидва процеси не можуть відбуватися мимовільно: для їх протікання потрібна додаткова енергія. Останнє дозволяє виключити помилкові сигнали: в таких умовах реєстрація нейтрино або бета-частинки на детекторі гарантує, що в мішень щось врізалося, і необхідно лише встановити тип частинки, що налітає.
За результатами дослідження автори встановили, що в реакціях з випусканням нейтрино, які протікають за участю частинок темної матерії, ядро-мішень набуває строго певних значень енергії. Це дозволить в майбутньому легко відсіювати зайві дані - тобто знизити фон і поліпшити чутливість експериментів. Для процесів за участю бета-частинок фізики передбачили цілий ланцюжок подальших реакцій, яким супроводжує народження ряду відомих частинок. Завдяки цьому виявити поглинання також стає значно простіше. Крім того, вчені зробили висновок, що для пошуку темної матерії за новою методикою можна використовувати вже існуючі детектори. Їх чутливість дозволяє якщо не виявити гіпотетичні частинки, то, щонайменше, отримати важливі обмеження на їх параметри, які допоможуть у подальших експериментах. Таким чином, в цій області можна досягти значного прогресу, витративши мінімальні зусилля на пристосування установок.
Раніше ми писали про те, як гіпотеза надплинної темної матерії не витримала експериментальної перевірки і про те, як зібрати детектор елементарних частинок своїми руками.