Не то, что надо, но ещё удивительнее: странный сигнал может быть признаком тёмной энергии

Помещение, где проходил эксперимент. Слева - резервуар с жидким ксеноном, справа - трёхэтажное служебное здание.

Помещение, где проходил эксперимент. Слева - резервуар с жидким ксеноном, справа - трёхэтажное служебное здание.
Фото Xenon Collaboration.

Нижняя часть ксенонового резервуара.

Нижняя часть ксенонового резервуара.
Фото Xenon Collaboration.

Помещение, где проходил эксперимент. Слева - резервуар с жидким ксеноном, справа - трёхэтажное служебное здание.
Нижняя часть ксенонового резервуара.

Таинственная и неуловимая сила, заставляющая Вселенную расширяться, похоже, повлияла на результаты физического эксперимента, который проводился глубоко под Апеннинскими горами в Италии.

Звучит как начало фантастического романа. Но в данном случае речь не о научной фантастике, а о тёмной энергии, сущность которой продолжает быть предметом ожесточённых научных споров.

Ранее мы подробно рассказывали о том, как физики установили, что 68% энергии во Вселенной приходится именно на тёмную энергию.

Учёные также вычислили, что все видимые объекты, от крохотных микроорганизмов до звёзд и галактик, составляют лишь 5% вещества Вселенной. Остальное скрывается в буквальном и переносном смысле во тьме: 68% из этого "ничто" является тёмной энергией, а ещё 27% — тёмной материей.

Все эти выводы сделаны исключительно на основании математических расчётов, поэтому учёные неустанно ищут способ создать физическую ловушку для тёмной материи, чтобы доказать её существование.

Однако на то эта материя и тёмная, что увидеть или как-то по-иному её "почувствовать" невозможно. Дело в том, что она не участвует в электромагнитном взаимодействии. Однако тёмная материя всё же может выдать себя, столкнувшись с частицей обычной материи. А с помощью нужного оборудования это столкновение можно засечь.

Именно для этого был сконструирован детектор тёмной материи XENON1T — огромный резервуар жидкого ксенона, расположенный глубоко под землёй.

Идея его создателей заключалась в том, что пролетающие сквозь резервуар частицы тёмной материи заставят атомы ксенона произвести вспышку света и свободных электронов, что вполне возможно засечь с помощью существующих датчиков.

Конечно же, такие вспышки могут вызвать и частицы обычной материи, неизбежно создавая фоновый шум. Физики рассчитали ожидаемый уровень этого шума, чтобы затем проверить, не был ли на его фоне зафиксирован долгожданный сигнал от тёмной материи.

В 2020 году подобный сигнал, или излишек, был наконец-то зафиксирован.

Поначалу этот излишек объяснили воздействием на атомы ксенона сверхлёгких гипотетических частиц, летящих от Солнца — солнечных аксионов. Однако эта гипотеза не сошлась с результатами наблюдений.

Чтобы объяснить сигнал, пойманный детекторами XENON1T, было бы необходимо такое количество аксионов, которое бы изменило эволюцию звёзд массивнее Солнца. Но мы не наблюдаем подобных изменений.

Нижняя часть ксенонового резервуара.

Тогда авторы работы предположили, что на результаты наблюдений могла повлиять тёмная энергия.

Исследователи построили физическую модель, в которой использовался механизм проверки, известный как "отсев хамелеонов". Хамелеонами называют гипотетические частицы тёмной энергии, скрывающиеся от глаз учёных.

С помощью этой модели авторы работы показали, что происходило бы в детекторе, если бы тёмная энергия происходила из области в Солнце под названием тахоклин. В этой области наблюдаются особенно мощные магнитные поля.

В итоге вычисления учёных показали, что такие эксперименты, как XENON1T, могут использоваться для поиска не только тёмной материи, но и тёмной энергии.

Правда, происхождение полученного сигнала предстоит проверить дополнительно.

Если детектор действительно зафиксировал сигнал от тёмной энергии, дополнительные эксперименты должны будут выявить похожий излишек в будущем. И он, скорее всего, будет заметен гораздо сильнее первого.

Расчёты учёных были опубликованы в издании Physical Review D.

Напомним, ранее мы писали о том, что детектор XENON1T обнаружил невероятно редкий радиоактивный распад. Рассказывали мы и о том, что расширению Вселенной есть ещё одно необычное объяснение.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".