Краткая история астрономии. Том 11. Темная материя - Владимир Анатольевич Моисеев
В результате вокруг Земли возникает эффективный потенциал, в котором частицам темной материи энергетически невыгодно находиться близко от планеты.
Впрочем, нужно иметь в виду, что статья физика является чисто теоретической и предполагает только один из способов объяснить неудачи экспериментов по прямому детектированию. Более того, в этой статье теоретик не приводит никаких аргументов в пользу существования такой эффективной отталкивающей силы (кроме невероятно малых значений для сечения взаимодействия, полученных в экспериментах) и не вычисляет массу предложенного бозона каким-либо независимым способом. Тем не менее, экспериментально проверить эту гипотезу в принципе можно. Например, учет этого взаимодействия должен привести к поправкам при гравитационном линзировании на скоплениях галактик. Кроме того, если масса бозона достаточно мала и радиус действия сил оказывается сравним с радиусом орбиты Земли, в течение года число прямых регистраций рассеяния частиц темной материи на нуклонах будет изменяться, и эту зависимость можно померить экспериментально. Разумеется, если точность соответствующих экспериментов достигнет необходимой величины.
nplus1.ru, 22 ноября 2017, Дмитрий Трунин
https://nplus1.ru/news/2017/11/22/dark-repulsion
Журнал Physical Review D
Хуман Давудиазл (Hooman Davoudiasl). Брукхейвенская национальная лаборатория
https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.96.095019
Глава 11-12-6
Физики заподозрили земную кору в «ослеплении» детекторов темной материи
Июль 2018
Датские физики показали, что существующие подземные детекторы темной материи принципиально не могут зарегистрировать сильно взаимодействующую темную материю, поскольку ее частицы рассеиваются и замедляются в земной коре. Статья опубликована в Physical Review D.
В основе конструкции типичного детектора темной материи лежит огромная масса обычного вещества (например, жидкого ксенона), которая постоянно просматривается чувствительными детекторами, способными почувствовать даже очень слабую вспышку света. Расчет заключается в том, что при рассеянии частицы темной материи на частице обычной материи можно точно установить массу частицы, запустившей реакцию. Соответственно, чем больше масса детектора и чем дольше мы ведем наблюдение, тем выше вероятность увидеть рассеяние частицы темной материи. Способы детектирования и химический состав вещества у каждого детектора могут отличаться, однако основная цель всегда одинакова — увеличить массу рабочего вещества и удлинить период наблюдений.
Тем не менее, датские физики-теоретики Тимон Эмкен (Timon Emken) и Крис Куварис (Chris Kouvaris) заметили, что помещение детекторов глубоко под землю может быть как преимуществом, так и недостатком. В самом деле, все такие эксперименты предполагают, что сечение взаимодействия частиц темной материи с частицами обычной материи слишком мало, чтобы километровый слой земли вызвал хоть сколько-нибудь заметное уменьшение их количества. С другой стороны, если сечение будет лежать в промежуточной области, то частицы темной материи будут все так же слабо взаимодействовать с обычным веществом, однако будут рассеиваться и тормозиться по пути к детектору. В этом случае увеличение массы и длительности периода наблюдений не поможет увидеть темную материю.
Физики оценили число частиц, которое сможет зарегистрировать детектор при учете влияния земной коры. Учитывалось не только отражение частиц обратно в космос, но и уменьшение их скорости в результате рассеяния, поскольку из-за особенностей конструкции детекторы могут почувствовать только частицы с достаточно большой кинетической энергией.
Ученые пересчитали ограничения на сечение взаимодействия темной и обычной материи, определенные в известных экспериментах (XENON1T, CRESST и DAMIC). Оказалось, что в диапазоне масс от 0,1 до 20 гигаэлектронвольт и сечениях от 10−25 до 10−47 квадратных сантиметров существует область параметров, которую не могут исследовать существующие подземные детекторы. В диапазоне масс от 0,1 до 0,3 гигаэлектронвольт подземные детекторы в принципе не могут зарегистрировать частицы темной материи, не зависимо от массы вещества и длительности наблюдений. Поэтому авторы статьи призывают строить детекторы не только под землей, но и на поверхности. Вероятно, для большей точности их даже придется запускать в верхние слои атмосферы подобно детектору XQC (X-ray Quantum Calorimeter experiment). При этом экспериментаторам придется придумывать, как избавиться от фонового шума частиц обычной материи
nplus1.ru, 2 июля 2018, Дмитрий Трунин
https://nplus1.ru/news/2018/07/02/underground-DM
Журнал Physical Review D. 2018
Тимон Эмкен (Timon Emken) и Крис Куварис (Chris Kouvaris)
https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.97.115047
Глава 11-12-7
Новый детектор не подтверждает наличия темной материи
Январь 2019
Почти 20 лет назад эксперимент DAMA/LIBRA, расположенный в Национальной лаборатории Гран-Сассо, Италия, начал публиковать данные, демонстрирующие изменения сигнала, вызываемых взаимодействием с гало темной материи нашей галактики Млечный путь.
Согласно одной из распространенных моделей, совместное движение Земли, Солнца и самой Галактики вызывает появление «ветра» из темной материи для наблюдателя, находящегося на Земле – а именно, ветра, состоящего из слабо взаимодействующих массивных частиц (ВИМПов), гипотетических частиц темной материи. При движении Земли по орбите вокруг Солнца направление ее движение может то совпадать, то не совпадать с направлением ветра темной материи, и согласно ученым они зафиксировали такое годовое изменение сигнала детектора ВИМПов и зависимость носила косинусоидальный характер.
Проблема с этими результатами состоит в том, что впоследствии они так и не были ни разу воспроизведены исследователями на других экспериментальных установках. С целью однозначно разрешить вопрос с данными, полученными в ходе эксперимента DAMA/LIBRA, был построен эксперимент COSINE-100 («Косинус-100»), в котором были использованы те же детекторы на основе кристаллов йодида натрия, что и в детекторе DAMA/LIBRA. В начальный период работы этого детектора ученые не нашли подтверждения сигналам эксперимента DAMA/LIBRA, однако в настоящее время активная работа с этим детектором продолжается.
astronews.ru, 25 января 2019
Глава 11-12-8
Темная материя существует: Наблюдения не подтверждают альтернативные гипотезы
Май 2019
В одном из недавних исследований существование темной материи было поставлено под сомнение. Однако новая научная работа, проведенная международным институтом SISSA, позволяет разрешить эти сомнения, опровергая универсальность эмпирических соотношений, которые, согласно предыдущим исследованиям, свидетельствовали в пользу альтернативных гипотез. Исследование опубликовано в журнале Astrophysical Journal.
В астрономическом масштабе движение объектов происходит почти исключительно под действием гравитации, однако наблюдаемые скорости некоторых небесных тел, например звезд в составе галактик, отличаются от расчетных в большую сторону, если исходить при расчете из массы только лишь видимой материи. Для объяснения этого феномена
