Физики нашли следы темной материи в сбоях Большого адронного коллайдера
Физики Сюнью Лян и Ариэль Житницкий из Университета Британской Колумбии (Канада) предлагают неожиданное объяснение давней загадки Большого адронного коллайдера. Речь идет о так называемых «неопознанных падающих объектах» — так физики шутливо окрестили спонтанные сбои в работе ускорителя, когда протонный пучок внезапно теряет часть частиц. С 2010 года известно, что такие события происходят из-за попадания в пучок микроскопических пылинок размером в несколько микрон, которые выбиваются со стенок вакуумной камеры. Однако до сих пор оставалось неясным, что именно заставляет эти пылинки отрываться от поверхности. Лян и Житницкий предполагает, что дело в воздействии темной материи. Статья опубликована в журнале Physical Review D.
В поисках макроскопической темной материи
Физики обратили внимание на то, что размер пылинок случайно совпадает с характерными размерами гипотетических частиц темной материи — аксионных кварковых самородков (AQN). Эти макроскопические объекты, масса которых может достигать килограмма, были предложены ранее для объяснения наблюдаемого соотношения между количеством темной и видимой материи во Вселенной. Сначала исследователи подумали, что сами неопознанные падающие объекты и есть AQN. Однако ученые быстро поняли: это совпадение оказалось ложным следом.
Тем не менее ошибка привела к физиков новой идее. Они предположили, что если аксионный кварковый самородок пролетает под землей на расстоянии около 100 километров от коллайдера, он порождает крайне слабую акустическую ударную волну. Эта микровибрация, подобная легкому сотрясению, может дойти до ускорителя и выбить несколько пылинок в проточный пучок, что и вызовет потерю пучка. По расчетам исследователей, сигнал от такого события был бы примерно в пять раз сильнее фонового шума.
Как проверить гипотезу
Ключевое преимущество предложенной гипотезы заключается в том, что для ее проверки не нужно модернизировать коллайдер или устанавливать дополнительное оборудование. В БАК уже встроено около 4000 мониторов потерь пучка — датчиков, которые изначально создавались для защиты ускорителя от повреждений. Авторы предлагают проанализировать старые записи этих датчиков в поисках характерных сигналов. Гипотезу должны подтвердить три или более коррелированных сбоя, возникших в течение двух секунд в разных точках 27-километрового кольца коллайдера.
Работа вносит важный вклад в изучение темной материи. Большинство экспериментов сегодня сосредоточены на поиске ее микроскопических элементарных частицах, тогда как потенциальные макроскопические объекты остаются практически неисследованными.