В прошлом году один из экспериментальных датчиков, предназначенный изначально для поисков частиц загадочной темной материи, зарегистрировал весьма странный сигнал, в котором присутствовали намеки на существование некоей новой физики и несколькими "подозреваемыми", виновными в ее проявлении. И недавно, ученые из Кембриджского университета предложили новый вариант объяснения этого феномена, который почему-то не пришел никому в голову сразу после обнаружения странного сигнала. И, согласно этому новому объяснению, датчик произвел первое прямое обнаружение темной энергии, таинственной силы, которая несет ответственность за ускорение процесса расширения Вселенной.
Несмотря на то, что темная материя превосходит по количеству обычную материю в пять раз, она так и продолжает оставаться неуловимой для современной науки. Темная материя не взаимодействует ни с чем, ни с обычной материей, ни даже со светом. Внешним признаком существования темной материи являются силы гравитации, создаваемые ее скоплениями, и именно эти силы играют одну из главных ролей в процессах формирования звезд, галактик и скоплений галактик. Но, время от времени, частицы темной материи могут сталкиваться с частицами обычной материи и порождать эффекты, которые могут быть обнаружены подходящим для этого оборудованием.
Одним из вариантов такого оборудования является оборудование эксперимента XENON1T, который проводился в Италии с 2016 по 2018 год. Главным элементом этого эксперимента являлся большой бак, заполненный жидким ксеноном, расположенный глубоко под поверхностью земли. Если внутри этого бака частица темной материи столкнется с атомом ксенона, это породит вспышку слабого света и несколько свободных электронов, что может быть обнаружено набором специальных датчиков.
Однако, на практике не все обстоит так просто, как было описано выше. Точно такие же эффекты могут произвести и другие частицы, попавшие в объем бака с ксеноном. Размещение бака глубоко под землей позволяет уменьшить уровень подобных шумов и помех, но не избавляет от них полностью. Поэтому ученым постоянно приходится вычислять и корректировать значение ожидаемого шума, и на уровне этого фонового шума производить поиск интересующих их событий.
В прошлом году ученые обнаружили в собранных данных "удивительный переизбыток событий", на 53 события больше, чем этого можно было ожидать при значении ожидаемого фона в 232 события. Это было очень странно, но имеет ли к этому какое-то темная материя?
Ведущим кандидатом на звание частицы темной материи в то время была гипотетическая элементарная частица, так называемый солнечный аксион. Как следует из названия, такие частицы были произведены в недрах Солнца. Вполне вероятно, что именно эта частица и не является частицей темной материи, но существуют и другие типы аксионов, поэтому обнаружение аксиона любого вида само по себе является огромным достижением.
Согласно расчетам, произведенным учеными из Кембриджа, для того, чтобы воспроизвести уже зарегистрированный сигнал потребовалось бы слишком большое количество солнечных аксионов. Вместо этого они предложили другого "подозреваемого" - частицу, которая является носителем сил темной энергии. Согласно некоторым из существующих теорий такие частицы должны существовать и их называют частицами-хамелеонами.
Частицы-хамелеоны, согласно тем же теориям, имеют удивительную природу, их масса зависит от количества другой материи в окружающем пространстве. А силы "темной энергии", носителями которых они являются, имеют обратную зависимость от массы частиц-хамелеонов. Получается такой парадокс, что частицы-хамелеоны, находящиеся в областях с высокой концентрацией материи, к примеру, в недрах Земли, обладают большой массой, но их силы проявляются лишь на очень коротких расстояниях. В космосе же, там, где концентрация материи минимальна, проявление сил частиц-хамелеонов, обладающих минимальной массой, простирается на большие расстояния. Таким образом получается, что эффект от темной энергии практически незаметен в локальном масштабе, но его сила достигает весьма весомого значения в масштабах галактик и скоплений галактик.
Такая гипотеза кажется слишком уж "притянутой за уши" для того, чтобы оказаться правдой на самом деле. Тем не менее, в ней заложены некоторые идеи, которые могут быть проверены на нынешнем уровне развития науки, и Кембриджские ученые считают, что избыток событий в данных эксперимента XENON1T является первым доказательством существования частиц-хамелеонов.
Такую уверенность ученым дали результаты моделирования процесса, в котором порожденные в Солнце частицы-хамелеоны прошли через датчик эксперимента XENON1T в условиях искусственно создаваемого там магнитного поля. И полученный таким теоретическим способом сигнал во многом очень похож на сигнал, зарегистрированный датчиком в реальности.
Конечно, еще совершенно рано говорить о том, что загадка странного сигнала разгадана, и это дело можно полностью закрыть. Вся проблема заключается в том, что наличие такого количества избыточных случаев само по себе еще не подтверждено с достаточной достоверностью. И, может быть, следующие и более совершенные варианты экспериментов наподобие XENON1T позволят ученым проверить полученные результаты, получив при этом подтверждение или опровержение своих новых теорий.
