Высокоточный эксперимент не обнаружил симметроны – частицы, которые могли бы объяснить темную материю

Ученые уже давно ищут темную материю, так как считается, что она занимает примерно 80% всей материи во Вселенной. Имеющихся данных и изученных на данный момент частиц не хватает, чтобы заполнить этот огромный пробел. Также, ученые пока не в состоянии объяснить, почему Вселенная расширяется с ускорением, в следствие чего постоянно предлагаются новые теории о темной энергии. Одним из кандидатов сегодня являются симметронные поля, которые, как предполагается, пронизывают пространство подобно полю Хиггса.

Исследователи из Венского технического университета разработали эксперимент, способный измерить экстремально малые силы. Измерения были произведены во время стодневной кампании в Институте Лауэ-Ланжевена на расположенном там источнике ультра-холодных нейтронов PF2.

Анализ потенциально мог указать на таинственные симметроны. Однако, частицы не появились. Несмотря на то, что теория на этом не заканчивается, эксперимент исключает возможность существования симметронов в широком диапазоне параметров, а значит темной материи придется найти другое объяснение.

Согласно ведущему ученому проекта Хартмуту Абеле: «теория симметронов была бы очень элегантным объяснением темной материи». Подобно бозону Хиггса, симметрон не может иметь точно предсказанных свойств.

«Никто не может сказать, какова масса симметрона, или насколько сильно они взаимодействуют с обычной материей, – говорит Абеле. – Именно поэтому так сложно экспериментально доказать их существование или же наоборот несуществование».

По этим причинам ученые проводят исследования с большой осторожностью, проверяя разные диапазоны параметров. На данный момент уже ясно, что некоторые из них могут быть исключены. К примеру, не может существовать симметронов с высокой массой и низкой константой взаимодействия, так как они бы уже появились на атомном уровне, и исследования атома водорода показали бы другие результаты.

Тем не менее, существует еще много других возможностей для существования симметронов. Именно это и изучалось в данных экспериментах. Между двух зеркальных поверхностей выстреливали потоком экстремально медленных нейтронов. Нейтроны действуют, как чувствительный детектор сил, так как они могут иметь два разных квантовых состояния, а энергии этих состояний зависят от сил, направленных на частицы. Прямо над поверхностью зеркала наблюдалось воздействие на нейтрон иной силы, чем до приближения. Это может указывать на существование симметронного поля.

С помощью этого метода, Марио Питшманн из Венского технического университета, Филиппе Бракс из Комиссариата по атомной энергии и альтернативным энергоисточникам, а также Гийяуме Пиньол из Лаборатории субатомной физики и космологии в Гренобле могли увидеть, воздействует ли симметронное поле на нейтрон. Однако, эффект доказан не был, несмотря на высокую точность измерений.

Точность измерения разниц энергии составляет примерно 2×10-15 электрон-вольт. Это энергия, необходимая для того, чтобы поднять отдельный электрон в гравитационном поле Земли или, другими словами, – невероятно маленький ее объем. Ультрахолодные нейтроны, необходимые для эксперимента, были сгенерированы и использован при помощи инструмента PF2 Института Лауэ-Ланжевена.

На данный момент, дела для теории симметронов обстоят не лучшим образом, хотя полностью исключать существование этих частиц еще рано. Согласно Абеле, исследование было проведено в широком спектре параметров и, если бы где-либо в нем были симметроны, то их бы непременно нашли.

Тем не менее, чтобы закрыть все оставшиеся в этом деле вопросы, науке потребуются еще более точные измерения или крупное открытие, которое бы предоставило совсем иное решение тайне темной материи.