В современной космологии идея существования темной материи уже стала аксиомой, поскольку весомые косвенные свидетельства ее присутствия подтверждаются вновь и вновь. Ее гравитационное воздействие крайне значительно: она объединяет галактики в устойчивые структуры и изменяет ход распространения света во Вселенной. Открытие этой загадочной компоненты стало триумфом науки, ведь все привычные формы вещества – звезды, планеты, газ – образуют всего около пяти процентов мироздания, остальное остается сокрытым от наших глаз. На сегодняшний день уверенное большинство исследователей приходит к выводу, что темная материя образована частицами абсолютно неизвестной природы, практически не взаимодействующими с привычным веществом.
Неуловимые WIMP и детекторы нового поколения
Одним из самых популярных кандидатов на роль частиц темной материи считаются так называемые WIMP – массивные частицы, слабо взаимодействующие с обычным веществом. Несмотря на масштабные международные эксперименты в ускорителях и глубинных лабораториях, WIMP пока не были зарегистрированы. Тем не менее, двадцать пять лет назад в сердце Италии стартовал уникальный проект DAMA/LIBRA, который до сих пор демонстрирует странный, стабильный и четко воспроизводимый феномен: в кристаллах натрий-йодного детектора возникают вспышки света при выделении энергии от двух до шести килоэлектронвольт, причем их число ежегодно возрастает в начале лета и снижается зимой, с удивительной периодичностью повторяясь из года в год.
Российская школа: НИИ физики ЮФУ, Владимир Корчагин и Максим Хлопов
Тайна этих необычных наблюдений привлекла пристальное внимание ведущих специалистов НИИ физики Южного федерального университета. Над разгадкой работают ведущие астрофизики – доктор физико-математических наук и главный научный сотрудник лаборатории космических исследований Владимир Корчагин, а также профессор, доктор физико-математических наук Максим Хлопов, известный своими глубокими идеями в области астрофизики и частиц.
Темные атомы – инновационная гипотеза
Согласно гипотезе темных атомов, которую профессор Максим Хлопов разрабатывает с 2010 года, темная материя состоит вовсе не из одиночных частиц, а из нейтральных сложных объектов с тяжелыми многозарядными частицами внутри. Простейший темный атом формируется тогда, когда дважды отрицательно заряженная частица соединяется с гелием в ранней Вселенной. Таким образом, формируется своеобразное экзотическое вещество, обладающее уникальными свойствами.
Максим Хлопов объясняет: при движении через недра Земли темные атомы сталкиваются с веществом, теряют энергию, но остаются слишком медленными для выбивания ядер из решетки детектора, как это происходит у WIMP. Вместо этого темные атомы способны захватываться ядрами натрия, входящими в детектор DAMA/LIBRA, образуя слабосвязанные структуры. При появлении такого состояния высвобождается энергия в форме гамма-кванта, и его энергия попадает в диапазон, на который и настроено оборудование установки.
Уникальность опытов DAMA/LIBRA и интерпретация результатов
Подобная реакция практически невозможна для тяжелых ядер, таких как йод, и именно это объясняет, почему остальные эксперименты с тяжелыми элементами, например, на ксеноне, аналогичного сигнала не фиксируют – там отсутствуют легкие ядра, улавливающие темные атомы. Итальянская установка обладает уникальной чувствительностью к потенциальным проявлениям темных атомов, а статистическая надежность сигнала – более тринадцати стандартных отклонений – поражает даже опытных экспериментаторов.
Доктор Владимир Корчагин отмечает, что столь высокий статистический уровень результата на опытах DAMA/LIBRA фактически опрокидывает скепсис, основанный на отсутствии эффекта при прямом поиске WIMP в ряде других лабораторий, но требует нового толкования накопленных данных.
В совместной публикации ростовских астрофизиков, команды лаборатории DAMA/LIBRA и руководителя эксперимента доктора Rita Bernabei, которая вышла в престижном журнале Universe, приведена исчерпывающая теория периодических годовых колебаний сигнала, а также обоснованы возможные значения для прочих детекторов с точки зрения влияния темных атомов. Такой подход объединяет воедино разрозненные результаты мировых исследований в элегантную и проверяемую концепцию.
SABRE South – новая страница в поисках истины
Главным и судьбоносным испытанием теории темных атомов должна стать австралийская установка SABRE South – первая в Южном полушарии лаборатория подобного класса. Ее архитектура полностью повторяет модель DAMA/LIBRA, однако результаты будут получены в сложных земных условиях и в противоположном географическом полушарии. Если и в этом эксперименте обнаружатся аналогичные годовые колебания интенсивности сигнала, это практически расставит все точки в вопросе природы темной материи.
Профессор Максим Хлопов убежден, что если цикличность сигналов подтвердится, человечество окажется на пороге революционного открытия: станет возможным целенаправленное изучение и, возможно, даже практическое применение темных атомов. Это откроет недосягаемые прежде горизонты исследования фундаментальных структур мироздания и приведет к прорыву в физике элементарных частиц.
Современные задачи и оптимистичный взгляд в будущее
Сейчас команда Южного федерального университета совершенствует введенную модель, математически вычисляя взаимодействие темных атомов с обычным веществом, беря в расчет не только электрические и ядерные эффекты, но и внутреннюю структуру ядер, располагающих возможностью деформироваться. Кроме того, разрабатываются многоуровневые методики независимой проверки концепции: от планов прямого поиска тяжелых стабильных многозарядных частиц на ультрасовременных коллайдерах до астрономических способов выявления следов темных атомов в составе космических тел.
Таким образом, сотрудничество российских, итальянских и австралийских ученых вселяет уверенность в скорое разгадку одной из важнейших и самых таинственных загадок Вселенной. В перспективе ожидаются крупные открытия, связанные с природой темной материи и ролью темных атомов, а масштабные научные усилия уже сегодня формируют фундамент для невероятно интересных и перспективных исследований. Наука уверенно двигается к новым горизонтам, а для новых поколений ученых, вдохновленных этими успехами, открываются фантастические возможности.
Источник: naked-science.ru
