Краткая история астрономии. Том 11. Темная материя

Глава 11-13-2
В поисках темной материи аксионам остается все меньше шансов на существование

Февраль 2018

В случае если они существуют, аксионы – одни из кандидатов на роль частиц таинственной темной материи – могут взаимодействовать с нормальной материей, формирующей Вселенную, однако в значительно меньшей степени, чем считалось ранее. Новые, строгие ограничения на свойства аксионов были наложены международной командой исследователей эксперимента nEDM.

В результате анализа данных, собранных при помощи эксперимента nEDM (Electric Dipole Moment of Neutron), международная группа физиков показала, что аксионы, гипотетические частицы, которые могут формировать холодную темную материю, если они существуют, должны удовлетворять более строгим требованиям к массе и характеру взаимодействия с нормальной материей. Представленные результаты являются первыми лабораторными данными, накладывающими ограничения на возможные взаимодействия аксионов с нуклонами (то есть протонами или нейтронами) и глюонами (частицами, связывающими кварки в нуклонах).

Недавно физики-теоретики предположили, что в результате взаимодействия аксионов с нуклонами и глюонами могут наводиться возмущения, имеющие характер осцилляций дипольных моментов нуклонов, или даже целых атомов. Поэтому оказалось, что эксперименты типа nEDM могут открыть взаимодействие аксионов с нуклонами и глюонами, если таковое имеет место в действительности. Однако анализ данных, собранных при помощи этого эксперимента, дал отрицательный результат. Была показана невозможность существования аксионов с массами в интервале от 10^-24 до 10^-17 электронвольт (для сравнения, масса электрона составляет примерно полмиллиона электронвольт), рассказал один из членов научной команды эксперимента nEDM Адам Козела (Adam Kozela).

Кроме того, ученые смогли наложить более строгие ограничения на теорию взаимодействия аксионов с нуклонами, уменьшив ключевые параметры возможного взаимодействия в 40 раз. В случае потенциальных взаимодействий с глюонами новые ограничения позволили снизить соответствующие величины более чем в тысячу раз. Поэтому, если аксионы существуют, то современные теоретические модели оставляют им все меньше и меньше возможностей существования.

_{Astronews, 19 февраля2018}

_{http://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi}

_{https://www.atomic-energy.ru/news/2018/02/19/83448}

_{Команда исследователей эксперимента nEDM}

Глава 11-13-3
Эксперименты по поиску темных аксионов добрались до проверки теоретических моделей

Апрель 2018

Ограничения на параметры гипотетических темных аксионов, определенные с помощью детектора ADMX, впервые достигли области значений, предсказываемых существующими теоретическими моделями. Новые измерения ограничивают параметр аксион-фотонной связи в диапазоне масс от 2,66 до 2,81 микроэлектронвольт величиной около 10⁻¹⁰обратных гигаэлектронвольт. Статья опубликована в Physical Review Letters, кратко о ней сообщает Physics.

К сожалению, экспериментально существование аксионов Стандартной модели подтверждено не было. Тем не менее, несколько альтернативных теорий — например, теория Кима—Шифмана—Вайнштейна—Захарова — предсказывают существование так называемых «темных аксионов», которые значительно слабее взаимодействуют с частицами Стандартной модели. Такие аксионы могут составлять значительную часть темной материи, поэтому важно научиться их детектировать. Пока что все существующие эксперименты по поиску аксионов имеют слишком низкую точность, чтобы проверить какие-либо параметры теорий.

Группе ADMX удалось построить детектор, который должен регистрировать аксионы с достаточно высокой точностью, чтобы проверить предсказания теоретических моделей. Ученые отработали технологию распознавания аксионов с помощью компьютерного моделирования. Для этого они смоделировали аксионы с заданной массой и проверили, что будет видеть детектор.

Всего измерения заняли шесть месяцев и продлились с 18 января по 11 июня 2017 года. Ни одного сигнала, отвечающего аксионам, зарегистрировано не было. Тем не менее, точность измерений оказалась так высока, что позволила установить ограничения на параметр аксион-фотонной связи, который описывает взаимодействие между гипотетическими частицами и фотонами Стандартной модели. Другими словами, если аксионы с массами из рассмотренного диапазона все-таки существуют, теории Кима—Шифмана—Вайнштейна—Захарова они не подчиняются.

_{nplus1, 10 апреля 2018, Дмитрий Трунин}

_{https://nplus1.ru/news/2018/04/10/ADMX}

_{ЖурналPhysical Review Letters, 2018}

_{ГруппаADMX}

_{https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.151301}