Физики придумали, как найти легкие частицы темной материи

Темная материя была придумана как выход из противоречия, вызванного тем, что многие наблюдаемые гравитационные взаимодействия невозможно объяснить, исходя только из оценок на видимую (барионную) материю. Например, известно, что скорость движения звезд вокруг галактического центра в спиральных галактиках должна снижаться обратно пропорционально определенной степени расстояния от этого центра. Вместе с тем, во многих случаях скорость остается практически неизменной.

Причиной такого необычного поведения должна быть некоторая скрытая масса. В настоящее время, одной из господствующих гипотез является гипотеза о вимпах — слабо взаимодействующих массивных частицах, не участвующих в электрослабом и сильном взаимодействиях. Для поиска такого рода частиц используются детекторы, в которых регистрирующих взаимодействие вимпов с атомами некого рабочего тела с последующей ионизацией атомов.

При расчете отклика от такого детектора обычно считается, что частица темной материи взаимодействует с ядром атома, но этот метод применим только для поимки вимпов, которые достаточно тяжелы для того, чтобы ионизировать атомы рабочего тела.

В рамках новой работы ученые предположили, что частицы темной материи могут взаимодействовать не с ядром атома, а с его электронами. Их расчеты показали, что такого рода взаимодействие можно «выловить» в массе собранных данных методами статистического анализа. Такой метод может помочь в регистрации частиц с массой менее одного гигаэлектровольта.

Чтобы доказать, что метод работает, физики проанализировали данные, собранные экспериментом XENON. В рамках этого эксперимента детекторы, содержащие в общей сложности около 150 килограммов ксенона, выступающего в роли рабочего тела, размещены в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии. Эта лаборатория располагается на высоте почти километр над уровнем моря, но скрыта горными породами толщиной 1,4 километра.

По словам ученых, их метод пока не дал конкретных результатов, но может пригодиться для будущих исследований.