В ЦЕРН начали эксперимент по обнаружению частицы темной материи

Установка NA64 на ускорителе SPS ЦЕРН. Фото: ИЯИ РАН

Ученые начали эксперимент, в ходе которого они надеются обнаружить массивный фотон. Это открытие расширит современные представления о Стандартной модели и подтвердит существование темной материи.

Последние открытия, например обнаружение бозона Хиггса на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРН, подтвердили Стандартную модель — современную теорию для описания фундаментальной физики частиц, включающую в себя известные составляющие материи и их взаимодействия, кроме гравитационного.

Но эту теорию нельзя считать законченной, так как результаты астрофизических и космологических наблюдений говорят о существовании темной энергии и темной материи, которые находятся в неизвестной форме и составляют примерно 70 и 25% от полной массы Вселенной. Таким образом, Стандартная модель описывает только 5% Вселенной, состоящей из обычного вещества, тогда как оставшиеся 95% представляют собой ее скрытую массу.

Эксперимент, который начался в июле 2016 года, нужен для проверки предположений, сделанных в попытках расширить Стандартную модель. По новым представлениям выходит, что темная материя — это не просто скопление частиц одного сорта, таких как тяжелое нейтрино или аксион, а более сложное формирование, так называемый «скрытый» или «темный» сектор.

Ученые считают, в «темном секторе» есть свой, «темный» электромагнетизм, по аналогии с обычным электромагнетизмом. В электродинамике переносчиком взаимодействий между заряженными частицами является обычный безмассовый фотон. В предлагаемой модели взаимодействие между обычными и скрытыми частицами происходит за счет обмена массивным темным фотоном A’ в результате его смешивания с обычным фотоном. Именно фотон А’ и хотят найти в новом эксперименте ЦЕРН.

Поиск ведут на ускорителе частиц SPS в рамках эксперимента NA64, который проводят ученые из Института ядерных исследований (ИЯИ РАН), Института физики высоких энергий (ИВФЭ) и других российских институтов, а также из Германии, Греции, Швейцарии и Чили. Основные детекторы установки для поиска массивного фотона создали сотрудники ИЯИ РАН и ИФВЭ на основе российских разработок в области калориметрии. Например, компактный электромагнитный калориметр типа «спиральный шашлык» — в нем слои вещества, чувствительного к ионизирующему излучению, перемежаются с свинцовыми пластинами.

В июле 2016 года состоялся успешный двухнедельный тестовый сеанс установки, результаты которого сейчас обрабатываются. Для непосредственного поиска частицы установку запустят в октябре 2016 года. Ученые рассчитывают найти фотон A’ и таким образом получить свидетельства существования темной материи.
Теги:

Читать еще на Чердаке: