Известная аналогия, которая объясняет расширение Вселенной, предлагает представить ее как хлеб с изюмом. По мере того, как тесто будет подниматься в печи, изюминки начнут отдаляться друг от друга, но при этом будут оставаться на месте. Что касается Вселенной, в ней есть «изюминки», которые мы больше никогда не сможем увидеть, потому что они удалились так быстро, что их свет никогда не достигнет Земли.
Несмотря на то, что количество темной материи во Вселенной в пять раз превышает количество обычной материи, первая до сих пор остается неуловимой. Она не взаимодействует со светом, и проявляет себя лишь через гравитационное воздействие в космических масштабах, оказывая влияние на звезды и галактики. Но ученые считают, что иногда частица темной материи может врезаться в частицу обычной материи таким образом, что подходящий детектор может уловить столкновение.
XENON1T является именно таким детектором, который возможно, отыщет темную материю. Лаборатория находится в Италии и представляет собой, по сути, большой бак с жидким ксеноном, расположенный глубоко под Землей. Идея заключается в том, что если частица темной материи пролетит сквозь резервуар, она возбудит атомы ксенона и произведет вспышку света, которую обнаружат датчики.
Помещение XENON1T, слева - резервуар для воды, содержащий сам инструмент, с плакатом, показывающим, что расположео внутри, справа - трехэтажное служебное здание.
Но задача не настолько проста, как может показаться. Другие известные частицы, пролетая сквозь резервуар, могут демонстрировать такой же эффект. Размещение бака с ксеноном под землей помогает уменьшить шум, но далеко не весь. Для этого, ученые вычисляют ожидаемый фоновый шум, а затем следят за событиями, которые превышают этот уровень.
В прошлом году ученые сообщили об «удивительном превышении числа событий». Исследователи зафиксировали превышение на 53 события над фоновым шумом.
Тогда основным кандидатом была элементарная частица, называемая «солнечным» аксионом. Как можно понять из названия, частицы производятся Солнцем. Сами по себе они не являются кандидатами в темную материю, но другие типы аксионов таковыми являются. Поэтому обнаружение любого из них было бы важным открытием.
Но после дополнительных исследований ученые считают, что для получения наблюдаемого сигнала понадобилось бы слишком много солнечных аксионов. Таким образом, появился новый кандидат – частица-носитель силы темной энергии. Одна из моделей расширения Вселенной предсказывает существование так называемых частиц-хамелеонов.
Хамелеон – гипотетическая частица, которая имеет малую массу в межгалактическом пространстве и большую на Земле.
Команда считает, что нашла доказательства того, что хамелеоны являются носителями темной энергии.
Дно камеры XENON1T
Исследователи смоделировали прохождение частиц-хамелеонов через детектор XENON1T. Смоделированный сигнал был очень похож на тот, который ученые наблюдали в реальности.
Пока ученые не могут с уверенностью сказать, что открыли темную энергию, им понадобятся дополнительные исследования.
«Прежде всего нам нужно исключить обычную случайность. Если детектор XENON1T действительно уловил нечто, то подобный всплеск должен произойти во время будущих экспериментов», – говорит соавтор исследования Лука Визинелли.
++
