Краткая история астрономии. Том 11. Темная материя - Владимир Анатольевич Моисеев
«Три года назад коллеги из Университета Кейс Вестерн Резерв привели в своем исследовании доводы, бросающие тень сомнения на существование темной материи, – объясняет Чиара ди Паоло (Chiara Di Paolo), студент докторантуры института SISSA. – Анализируя кривые вращения 153 «классических» спиральных галактик, они получили эмпирическое соотношение между общим гравитационным ускорением звезд (наблюдаемым) и компонентом, который бы мы наблюдали в присутствии только лишь нормальной материи в классической ньютоновской теории».
Для проверки этого соотношения ди Паоло и его коллеги провели анализ кривых вращения галактик других типов, отличных от «классических» спиральных галактик – 72 галактик с низкой поверхностной яркостью и 34 карликовых дисковых галактик. Исследователи получили более представительные результаты, предложив иное соотношение, которое помимо общего гравитационного ускорения и его «нормальной» компоненты также включает радиус галактики и параметры ее морфологии.
Согласно авторам работы, это новое соотношение, полученное ими для выборки из 104 галактик, демонстрирует неточность ранее полученного эмпирического соотношения и позволяет разрешить сомнения относительно присутствия темной материи в галактиках, указывая однозначно на ее существование.
astronews.ru, 6 мая 2019
Журнал Astrophysical Journal. 2019
Чиара ди Паоло (Chiara Di Paolo), студент докторантуры института SISSA.
Глава 11-12-9
Физики предложили схему универсального алмазного детектора темной материи
Июнь 2019
Физики из США и Израиля предложили схему детектора темной материи, в основе которого лежат сверхчистые алмазы. Такой детектор одновременно может отслеживать сразу три типа темных частиц, по-разному взаимодействующих с обычной материей и имеющих разные массы. Из расчетов ученых следует, что чувствительность детектора превышает чувствительность существующих аналогов во всех трех диапазонах. Статья опубликована в Physical Review D, препринт выложен на сайте arXiv.org.
Ученые до сих пор не знают, из чего состоит темная материя — несмотря на десятки лет поисков и десятки миллионов потраченных долларов, детекторы так и не смогли поймать ни одной гипотетической темной частицы. Точность некоторых детекторов так высока, что они уже вплотную приблизились к нейтринному фону, ниже которого почувствовать гипотетические частицы в принципе невозможно.
Вероятно, причины этих неудач заключаются в том, что практически все эксперименты по поиску темной материи сосредоточены на вимпах — тяжелых темных частицах, которые появляются в теории наиболее естественным образом. Более легкие частицы от таких детекторов ускользают. Поэтому физики перестраивают эксперименты на другие, менее ожидаемые диапазоны масс. Ученым сложно поверить в то, что материя, пусть и темная, может быть сделана не из частиц.
Поддерживая эту тенденцию, группа ученых под руководством Бласа Кабрера (Blas Cabrera) также разработала прототип детектора, улавливающего частицы темной материи с массой менее одной тысячной массы протона. В основе предложенной схемы лежат алмазные кристаллы, выращенные путем химического осаждения из газовой фазы (chemical vapor deposition, CVD). По сравнению с другими детектирующими материалами, такие алмазы обладают рядом преимуществ. Во-первых, атомы углерода, из которых построена кристаллическая решетка алмаза, имеют небольшую массу (почти в десять раз меньше массы атомов ксенона), поэтому сильнее отклоняются при столкновениях с легкими частицами темной материи. Во-вторых, в алмазе легко распространяются фотоны и фононы. В-третьих, алмаз выдерживает очень сильные электрические поля (до 20 мегавольт на сантиметр). В-четвертых, CVD-алмазы практически не содержат примесей и дефектов. В-пятых, под алмазный детектор можно легко адаптировать техники, разработанные для установок на основе кремния или германия, поскольку все эти полупроводники обладают похожей структурой и свойствами.
Авторы статьи утверждают, что в настоящий момент они уже работают над реальным прототипом детектора — массивами QET-сенсоров, лежащих в основе первого метода детектирования. Единственная проблема, которая может помешать сравниться с другими крупными экспериментами по поиску темной материи (XENON, CDMS, PandaX и так далее) — это высокая стоимость чистых кристаллов, выращенных методом химического осаждения из газовой фазы. Тем не менее, ученые отмечают, что стоимость изготовления таких кристаллов с каждым годом уменьшается. В частности, уже сейчас килограмм CVD-алмазов можно купить по цене, сравнимой со стоимостью ксенона.
nplus1.ru, 17 июня 2019, Дмитрий Трунин
https://nplus1.ru/news/2019/06/17/dark-diamonds
Журнал Physical Review D, 2019
https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.99.123005
https://arxiv.org/abs/1901.07569
Глава 11-12-10
Физики использовали все еще живых людей в качестве детектора темной материи
Июль 2019
Физики смогли вывести новые ограничения на параметры частиц темной материи с большой массой, опираясь на факт отсутствия гибели людей от столкновения с ними. Результаты справедливы для класса массивных частиц-кандидатов, которые должны рассеиваться на обычной материи в упругом режиме, препринт статьи на сервере arXiv.org.
На данный момент не существует полноценного объяснения феномену темной материи, а предложенные гипотезы могут использовать принципиально разные явления. Однако наибольшей популярностью среди ученых пользуется предположение о темной материи как о новой форме вещества, состоящей из частиц.
В течение последних лет наибольшей популярностью пользовалась гипотеза вимпов (WIMP — Weakly Interacting Massive Particle, слабовзаимодействующая массивная частица), чья масса сравнима с известными компонентами обычной материи. Однако интенсивные поиски взаимодействий таких объектов с атомными ядрами на специальных детекторах, а также попытки получить их в столкновениях на ускорителях частиц не увенчались успехом, из-за чего данная модель постепенно теряет популярность.
Сложившаяся ситуация заставляет теоретиков обращаться к не изученным ранее областям параметров. Некоторые ученые выдвигают идеи о сверхлегких частицах, таких как аксионы или размытая темная материя, а другие, наоборот, исследуют крупные тела, вплоть до первичных черных дыр с массами порядка солнечной.
В работе американских ученых под руководством Гленна Старкмана (Glenn Starkman) исследуется вопрос о возможности существования частиц темной материи с макроскопическими массами порядка килограмма и производимых ими эффектах. Такие объекты могут быть экзотическими конгломератами известных частиц Стандартной модели.
Подобные объекты, которые называют макросами, должны обладать плотностью порядка ядерной, то есть будут крайне малы даже при заметной для человека массе. Авторы напоминают, что многие диапазоны параметров уже исключены в других работах при помощи реликтового излучения, взаимодействия со светом, активности белых карликов и других явлений. Тем не менее, некоторые области пространства параметров остаются без ограничений.
Исследователи предлагают рассмотреть человеческое тело в качестве детектора, «срабатывание» которого, то есть успешное взаимодействие с темной материей, приводит к смерти. Авторы сравнивают это с попаданием пули в плане выделяемой энергии (не менее 100 джоулей), но отмечают
