Краткая история астрономии. Том 11. Темная материя

Глава 11-2-10
Физик объяснил неудачи при регистрации темной материи отталкиванием

Ноябрь 2017

Частицы темной материи не удается обнаружить напрямую из-за того, что они отталкиваются от частиц обычной материи, считает физик из Брукхейвенской национальной лаборатории Хуман Давудиазл (Hooman Davoudiasl). По его расчетам, опубликованным в Physical Review D, если радиус действия этой отталкивающей силы сопоставим с радиусом Земли или превышает его, частиц темной материи около планеты просто нет, и физикам нечего детектировать.

Обнаружить гравитационное действие темной материи несложно, например, наблюдая за движением галактик или искажением света, проходящего мимо галактических скоплений. Однако в прямых экспериментах, предполагающих, что электроны или атомные ядра должны рассеиваться на частицах темной материи (пусть и очень слабо), она до сих пор себя не проявила.

В данной работе физик Хуман Давудиазл (Hooman Davoudiasl) предложил объяснить отсутствие прямых наблюдений темной материи тем, что рядом с Землей ее попросту нет. Для этого ученый предположил, что взаимодействие между частицами темной и обычной материи осуществляется посредством бозона с очень маленькой массой (порядка 10⁻¹⁴ электронвольт), так что между этими частицами возникает сила отталкивания, которая имеет радиус действия, сравнимый с радиусом Земли. Такой подход к описанию взаимодействий используется в теоретической физике с тех пор как Юкава объяснил взаимодействие между адронами с помощью пиона (только его масса составляет примерно 10⁸ электронвольт, и радиусы соответствующих сил получаются в 10²² раз меньше).

В результате вокруг Земли возникает эффективный потенциал, в котором частицам темной материи энергетически невыгодно находиться близко от планеты. Казалось бы, они все еще могут преодолеть этот потенциал, если имеют достаточную кинетическую энергию. Однако максимально возможная кинетическая энергия частиц оказывается равной примерно 200 мегаэлектронвольт. Это намного меньше высоты возникающего потенциального барьера (~10 гигаэлектронвольт), поэтому преодолеть его частицы не могут.

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.

_{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}