Темные атомы: астрофизики предложили объяснение загадки тридцатилетних наблюдений в итальянской лаборатории
Астрофизики Южного федерального университета предложили объяснение одной из самых интригующих загадок современной физики — годичных колебаний сигнала в детекторе DAMA/LIBRA, который вот уже почти тридцать лет регистрирует странные сигналы в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, интерпретируемые как взаимодействие частиц темной материи с обычным веществом.
Существование во Вселенной скрытой массы — темной материи — сегодня не вызывает сомнений. Она проявляет себя только через гравитацию, удерживая галактики от распада и влияя на распространение света. Все, что мы наблюдаем: звезды, планеты, газ — составляет лишь около пяти процентов Вселенной, остальное — невидимо. Большинство ученых полагает, что темная материя состоит из неизвестных частиц, которые почти не взаимодействуют с обычным веществом.
Возможными кандидатами на роль частиц темной материи предполагаются так называемые WIMP — слабо взаимодействующие массивные частицы. Несмотря на многолетние поиски в ускорителях и подземных лабораториях по всему миру, они не были обнаружены. Однако уже почти три десятилетия работает установка DAMA/LIBRA, которая показывает стабильный и воспроизводимый эффект: сцинтилляционные вспышки в кристаллах йодистого натрия с энергией от двух до шести килоэлектронвольт, число которых увеличивается в июне и уменьшается в декабре, циклично повторяясь из года в год.
Физическую природу этих парадоксальных результатов изучают ученые из НИИ физики Южного федерального университета. Научная школа действует под руководством таких всемирно известных ученых, как доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник лаборатории космических исследований Владимир Корчагин и доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник лаборатории космических исследований профессор Максим Хлопов.
Опираясь на гипотезу «темных атомов», предложенную профессором Хлоповым еще в 2010 году, ученые заключают, что темная материя состоит не из одиночных элементарных частиц, а из нейтральных составных объектов — темных атомов, внутри которых находятся тяжелые многозарядные частицы. Простейший «темный атом» образуется, когда дважды отрицательно заряженная частица связывается с ядром обычного гелия в период его образования в ранней Вселенной.
«Когда такие темные атомы летят сквозь Землю, они сталкиваются с породой, тормозятся и теряют энергию. Они движутся недостаточно быстро, чтобы выбить ядро из кристаллической решетки детектора — именно на таком эффекте основан поиск WIMP в других экспериментах. Но темные атомы могут захватываться ядрами натрия, входящими в состав детектора DAMA/LIBRA, и образовывать с ними слабосвязанное состояние. При этом выделяется энергия в виде гамма-кванта, и его энергия как раз попадает в чувствительный диапазон установки», — рассказал Максим Хлопов.
Для тяжелых ядер йода такой процесс оказывается энергетически невыгодным, и этот факт объясняет, почему другие эксперименты, например, на ксеноне, не видят похожего сигнала: у них просто нет легких ядер, способных захватывать темные атомы.
«Высокая статистическая значимость этого результата — 13,5 стандартных отклонений — казалось бы, вступает в противоречие с отрицательными результатами прямого поиска WIMP в других экспериментах», — поделился Владимир Корчагин.
В программной статье, опубликованной ростовскими астрофизиками в журнале первого квартиля Universe совместно с руководителем эксперимента доктором Ритой Бернабей и сотрудниками лаборатории в Италии, дано детальное объяснение наблюдаемым годовым осцилляциям событий и предложена интерпретация результатов других экспериментальных групп в терминах темных атомов.
Ключевым тестом для этой гипотезы станет австралийская установка SABRE South — первая в Южном полушарии лаборатория по поиску темной материи, аналогичная DAMA/LIBRA. Если она тоже зарегистрирует годичные колебания сигнала, это будет почти окончательным доказательством, что природа скрытой массы раскрыта.
«Если наличие годовых осцилляций событий подтвердится на этой установке, то природу скрытой массы можно считать установленной, открывающей уникальные возможности темных атомов для их практического освоения», — подчеркивает Максим Хлопов.
Пока же ученые ЮФУ продолжают совершенствовать свою модель, рассчитывая электрическое и ядерное взаимодействие темных атомов с обычным веществом, а также учитывая распределение заряда внутри ядер и их возможную деформацию. Кроме этого, они разрабатывают методику ее всесторонней проверки в поисках стабильных многозарядных частиц на коллайдерах в сочетании с астрофизическим поиском эффектов присутствия темных атомов в небесных телах.
Telegram 
Дзен 
VK С помощью ускорителей ученые имитируют процессы, происходившие в первые мгновения жизни Вселенной. Так пытаются решить загадки наблюдаемой реальности: почему материи больше, чем антиматерии, состоят ли кварки из других частиц, как сохраняется барионное число. В этот раз анализ столкновений на коллайдере RHIC предоставил сильное свидетельство того, что барионное число переносится не кварками, а глюонной перемычкой внутри протонов.
Восьмилетнее исследование привело к выводу, противоречащему популярным стереотипам о вреде цифровых гаджетов для подрастающего поколения. Большое количество времени, проведенного перед экранами смартфонов, компьютеров или телевизоров в детстве, оказалось напрямую связано с более высокими когнитивными способностями в подростковом возрасте.
Археологи изучили одну из погребальных камер древнеегипетской гробницы и проследили, как менялась организация захоронений от XXV династии до птолемеевского периода. Исследователи пришли к выводу, что кажущийся беспорядок в гробнице на самом деле подчинялся определенной логике.
В черепах участников битв эпохи Средневековья часто находят отверстия квадратной формы, о происхождении которых спорят специалисты. Авторы нового исследования пришли к выводу, что такое повреждение — следствие смертельного удара по голове палицей.
Анализ почти 69 тысяч видов насекомых помог опровергнуть главенствующую теорию эволюции, которая полвека объясняла устройство колоний пчел, муравьев и ос. Исследователи выяснили, что общепринятый генетический фактор сам по себе не приводит к разделению труда, а настоящий секрет их коллективного выживания кроется в совсем других биологических чертах.
У любителей кофе выявили расхождение в уровнях тестостерона: одна форма этого гормона повышалась вместе с количеством выпитого, а другая, напротив, снижалась. Результат оказался особенно интересным на фоне изменений других показателей, связанных с обменом веществ и здоровьем сердца.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Очереди на заправках стали привычным явлением в России, а на фоне информационного вакуума от властей о конкретных показателях производства бензина в июне население вынуждено ориентироваться на слухи. Все это выглядит довольно странно, но есть нюанс: скорее всего, кризис уже начинает выдыхаться. Как именно мы это выяснили?
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно