Что такое аксионы и где их искали российские астрофизики

Несмотря на то что пока напрямую обнаружить темную материю никому не удается, исследователи планомерно исключают одну гипотезу за другой, и недавно группа российских ученых вместе с их финским коллегой сделала еще один шаг в этом направлении. Темная материя, по новым данным, не может состоять из сверхлегких частиц, чья масса на много порядков уступает даже массе нейтрино: кандидаты на звание «частицы темной материи» должны быть или еще легче, или тяжелее, чем предполагалось раньше.

В статье, которая пока доступна на репозитории препринтов научных статей arXiv.org, физики из Института ядерных исследований РАН и еще нескольких научных организаций (включая Университет Аальто в Финляндии) рассматривают гипотезу, согласно которой темная материя состоит из так называемых аксионоподобных сверхлегких частиц. Слово «сверхлегкие» означает, что эти частицы должны иметь очень малую массу — вплоть до 10−23″ class=»Wirisformula» role=»math» alt=»10 to the power of negative 23 end exponent» style=»box-sizing: border-box; border: 0px; min-height: 1px; max-width: 100%; vertical-align: -4px; height: 23px; width: 43px;»>электронвольт.

Строго говоря, в электронвольтах измеряется энергия: 1 эВ — это чуть больше энергии кванта видимого света. Но в теории относительности масса связана с энергией знаменитым соотношением E=mc2″ class=»Wirisformula» role=»math» alt=»E equals m c squared» style=»box-sizing: border-box; border: 0px; min-height: 1px; max-width: 100%; vertical-align: -4px; height: 22px; width: 59px;»>, и ничто не мешает использовать электронвольты для массы. Это удобно, когда килограмм и грамм оказываются непрактично велики.

Масса протона составляет примерно миллиард эВ (или 1 ГэВ, гигаэлектронвольт), электрон потянет на миллион эВ (1 МэВ, мегаэлектронвольт), так что гипотетические аксионоподобные частицы все равно что мышь на фоне Земли. Столь легкие объекты крайне сложно поймать какими-либо детекторами, поэтому они оказываются вполне подходящими кандидатами на роль неуловимой и невидимой материи.

Неуловимость частиц могла бы сделать гипотезу полностью вненаучной (существование того, что никак нельзя поймать, нельзя ни подтвердить, ни опровергнуть), однако у физиков нашелся способ все-таки сопоставить предположение об ALP, сверхлегких аксионоподобных частицах, с результатами наблюдений. Помогло им наблюдение активных ядер галактик в радиодиапазоне: испускаемые центром галактик струи раскаленной плазмы позволили сделать вывод, что если ALP и существуют, их масса не может принимать значения от 5×10−23″ class=»Wirisformula» role=»math» alt=»5 cross times 10 to the power of negative 23 end exponent» style=»box-sizing: border-box; border: 0px; min-height: 1px; max-width: 100%; vertical-align: -4px; height: 23px; width: 67px;»> эВ до 1,2×10−21″ class=»Wirisformula» role=»math» alt=»1 comma 2 cross times 10 to the power of negative 21 end exponent» style=»box-sizing: border-box; border: 0px; min-height: 1px; max-width: 100%; vertical-align: -4px; height: 23px; width: 81px;»> эВ. Конечно, ALP все еще могут оказаться легче или тяжелее, но ограничение пространства дальнейших поисков — уже значительный шаг на пути к поимке загадочных частиц. Если они существуют.

Бозон Хиггса, для сравнения, искали примерно так же: серия разных экспериментов на разных ускорителях последовательно закрывала одну возможность за другой. Поначалу ученые говорили, что частица не может быть легче некоторых значений, минимальная масса бозона росла из года в год, и только затем физики подтвердили ее существование непосредственными наблюдениями в Большом адронном коллайдере. Каждый шаг здесь не столь эффектен сам по себе, но без таких приближений открытия не делаются.

 

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Свежие комментарии
16.09.2018 09:28 Андрей Сергеевич: Побольше бы таких мероприятий на природе!