В рамках эксперимента XENON1T ученые наблюдали дополнительные вспышки в детекторе темной материи при низких энергиях. Исследователи говорят, что это может быть признаком появления новых частиц, таких как солнечные аксионы или крошечные количества радиоактивного трития, - пишет sciencenews.org.
17 июня ученые сообщили о фиксировании неожиданно большого количества вспышек в их детекторе. «Мы наблюдаем множество вспышек, и мы не знаем, что это такое», - сказал физик Эван Шокли из Чикагского университета, который описал результат.
Исследователи предполагают, что всплески могут быть объяснены странными новыми частицами, называемыми солнечными аксионами, или неожиданными магнитными свойствами некоторых известных частиц - нейтрино.
Также всплески могут быть результатом более банального сценария: небольшое количество радиоактивного трития могло попасть в детектор. Ни одна из возможностей не могла бы объяснить природу темной материи - невидимой субстанции во Вселенной, которая помогает звездам цепляться за свои галактики и объясняет, как структуры формировались в ранней вселенной.
Детектор XENON1T, расположенный глубоко под землей в Национальной лаборатории Гран-Сассо в Италии, искал взаимодействия частиц темной материи в большом сосуде, заполненном жидким ксеноном, с 2016 по 2018 год. До сих пор исследователям не удавалось получить никакой информации. Но в новейшем анализе данных они увидели нечто неожиданное. В поисках признаков отдачи электронов, когда в них врезались другие частицы, команда наблюдала дополнительные отдачи электронов при низких энергиях, намного превышающие число, предсказанное стандартной физикой. При нормальном взаимодействии частиц должно было произойти около 232 отдачи электронов при низкой энергии, но исследователи увидели 285 – превышение составило 53 отдачи.
«Это захватывающе, - говорит физик-теоретик Дэн Хупер из Fermilab в Батавии, штат Иллинойс, - но, к сожалению, я думаю, что это становится немного менее увлекательным, когда вы начинаете разбираться в этом». Это потому, что наиболее интересные объяснения, по-видимому, в основном исключаются другими типами измерений.
Команда XENON1T предположила, что низкоэнергетические события могут быть вызваны солнечными аксионами - гипотетическими частицами без электрического заряда, которые могли бы возникнуть на Солнце. Но если эти частицы существуют, они также вытекают из других звезд, унося с собой энергию и заставляя звезды остывать быстрее, чем показывают наблюдения.
Другое возможное объяснение дополнительных событий - воздействие легких частиц, называемых нейтрино. Если у нейтрино есть магнитный момент - это означает, что они действуют как крошечные магниты - частицы будут сильнее взаимодействовать с электронами, что приведет к увеличению отдачи. Это объяснение также трудно согласовать с тем, что ученые наблюдают в космосе, в том числе с тем, как мёртвые звезды, называемые белыми карликами, крутятся.
Чтобы какое-либо из предложенных объяснений сработало, в предыдущих наблюдениях звездного охлаждения должно быть что-то не совсем понятное. И ни одна из этих возможностей не могла бы объяснить существование темной материи. В то время как другие разновидности аксионов могут составлять темную материю, XENON1T может обнаруживать только солнечные аксионы, которые были бы слишком массивными, чтобы выполнять эту роль. Однако существование солнечных аксионов помогло бы объяснить еще одну давнюю загадку физики: почему одна сила природы, называемая сильной ядерной силой, подчиняется правилу, известному как СР-симметрия, в отличие от других взаимодействий.
Альтернативно, детектор может содержать небольшое количество трития - радиоактивной формы водорода с двумя нейтронами в его ядре. Этот тритий мог попасть в материалы, из которых состоит детектор, и мог медленно вытекать. Когда атомы трития распадаются, они испускают электроны, которые могут быть ответственны за сигнатуру, видимую XENON1T. Это объяснение не открыло бы ничего нового во Вселенной, но это был бы первый случай, когда детектор такого типа был достаточно чувствительным, чтобы обнаружить такие крошечные количества трития.
По словам Хупера, для экспериментов с темной материей, которые
ищут чрезвычайно слабые сигналы, даже это было бы шагом вперед.
«Так выглядит прогресс», - сказал он.
[Фото: sciencenews.org]
