Заявлено о регистрации частиц тёмной материи

Заявлено о регистрации частиц тёмной материи

 Александр Березин

Коллаборация CDMS (Cryogenic Dark Matter Search, «Криогенный поиск тёмной материи») объявила о регистрации следов тёмной материи с вероятностью три сигмы, то есть 99,81%. Разумеется, для уверенного обнаружения тёмной материи в форме вимпов, поиск которых и ведёт CDMS, нужно пять сигм, как это было с бозоном Хиггса, однако и результат в 99,81% заслуживает некоторого внимания.

Так выглядят кремниевые детекторы, применявшиеся в эксперименте CDMS-II. (Здесь и ниже иллюстрации Fermilab.)

Хотя само слово «вимп» (Weakly Interacting Massive Particle) означает слабо взаимодействующую массивную частицу, некоторые возможности для регистрации её столкновения с обычной материей всё же есть. Если сечение рассеяния вимпов на атомном ядре не слишком мало, возможно их прямое обнаружение с помощью полупроводниковых германиевых и кремниевых детекторов, находящихся под землёй (для экранирования от космических лучей, которые давали бы много шума) и охлаждённых до 0,04 К.

После опытов по поиску с помощью германиевых детекторов, более чувствительных в диапазоне выше 15 ГэВ, физики занялись проверкой ниже этого диапазона. Для этого использовались кремниевые детекторы, хуже работающие выше названного порога и лучше — до 15 ГэВ. По итогам наблюдений с кремниевыми детекторами (CDMS-II) удалось зарегистрировать следы трёх столкновений вимпов с ядрами обычных атомов. Ожидаемое количество таких событий в случае, если бы они были шумом, равно 0,7.

Хотя участники эксперимента полагают, что это и есть долгожданный вимп, базисная частица тёмной материи, высказываются и другие точки зрения. Данные CDMS-II об этих событиях предполагают массу вимпа в 8,6 ГэВ — а это значительно более лёгкая частица, чем ожидалось физическим сообществом. Скажем, данные магнитного альфа-спектрометра, установленного на МКС, совсем недавно вроде бы говорили в пользу обнаружения вимпов с массой в районе 250 ГэВ, что устраивало всех с теоретической точки зрения, хотя статистическая значимость результатов и была недостаточной.

Вимп, подобный найденному, намного легче ожиданий большинства физиков и предварительных результатов магнитного альфа-спектрометра.

К тому же долгое время утверждалось, что масса вимпа должна быть как минимум в десятки раз больше массы протона, а в такой портрет 8,6 ГэВ «не ложится», ибо тут не пахнет даже десятикратным превышением по массе.

С другой стороны, информация, полученная в другом эксперименте — CoGeNT, свидетельствует о массе вимпа в районе 7–11 ГэВ, — равно как и некоторые интерпретации гамма-излучения, получаемого космическим гамма-телескопом «Ферми» от центра нашей Галактики.

Отчёт об исследовании представлен на заседании Американского физического общества, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Cryogenic Dark Matter Search.