Как это выглядит, когда Земля бомбардируется темной материей?

Дек 07, 2017 Леонид Гляделов

Новости науки:

Целый ряд зигзагов: возможно, это то, что происходит, когда таинственные частицы темной материи вселенной попадают на Землю. Теперь исследователи SDU могут продемонстрировать, как это может выглядеть.

Планета Земля постоянно находится в движении, сталкиваясь с мириадами частиц темной материи, когда она проносится сквозь пространство. Хотя никто никогда не видел этих таинственных частиц, среди физиков нет сомнений в её существовании. Вот почему они установили детекторы по всему миру в надежде обнаружить хоть одну из них.

Подробнее:

Частицы темной материи могут проникать во все другие формы материи, а это значит, что они могут даже пройти через нашу планету, не теряя при этом никакой энергии. С другой стороны, их воздействие на обычную материю, из которой состоит Земля, может несколько повлиять на них, что приведет к потере энергии.
«Мы просто не знаем, и это определенно не облегчает её поиск», - сказал Тимон Эмкен, студент PhD в Университете Южной Дании в Центре космологии и физико-математической физики (CP3).

Как движутся частицы тёмной материи?

Чтобы узнать больше о том, как частицы темной материи реагируют на нормальную материю, Эмкен заручился поддержкой суперкомпьютера.
Результатом стала программа, которая может имитировать столкновение частиц темной материи с Землей.
«Теперь я могу попросить компьютер показать мне на экране, что происходит, когда частица темного вещества попадает на Землю. Например, я могу видеть на экране, какую траекторию будет принимать частица, когда она попадает на поверхность нашей планеты, - объяснил он.

Слабое или сильное взаимодействие?

Программе моделирования было дано имя DaMaSCUS, и это дает физикам целый мир новых возможностей проверить различные теории. Программа свободно доступна, и работа, которая вошла в нее, была опубликована в журнале JCAP.

В стандартной парадигме частицы темной материи с очень низкой вероятностью взаимодействуют с атомами внутри планеты. Тем не менее, подземные детекторы настроены таким образом, чтобы захватить редкие события столкновения частиц темной материи с атомом внутри детектора.

Возможно, сегодняшние детекторы темной материи никогда не поймают темную материю

Одна из вещей, которые он изучает в настоящее время, - это возможность того, что частицы темной материи значительно ослабнут по мере прохождения Земли. Куварис и его аспирант Эмкен использовали DaMaSCUS, чтобы продемонстрировать, как будет выглядеть такой сценарий.
DaMaSCUS имитирует миллиарды частиц темной материи, которые проникают в Землю и значительно отличаясь от подземных атомов, зигзагируя после каждого столкновения.
«Если это так, то заставив частицы темной материи потерять достаточно энергии, чтобы ее можно было обнаружить в подземных детекторах, которые мы развертываем сегодня, мы сможем её обнаружить.

Как работают сегодняшние детекторы?

Поэтому предложение Кувариса заключается в том, чтобы придерживаться другого подхода к поиску неуловимых частиц.
Сегодня существует несколько детекторов, расположенных примерно на пару километров ниже поверхности Земли, и есть очень специфическая причина их размещения до сих пор ниже уровня земли: если темная материя слабо взаимодействует с обычной материей (как и нейтрино), то только эти два вида могут проникать в километры земной коры без остановки. Это дает преимущество, заключающееся в том, что глубокие детекторы уклоняются от загрязнения сигнала от нежелательного космического и наземного излучения и фонового шума.

Почему они всё ещё не могут поймать темную материю

Однако, согласно Крису Коварису, если темная материя светлая, она может реально взаимодействовать с обычными атомами, теряя энергию на пути к детектору, и это может сделать глубокие детекторы неспособными поймать её.
«В этом случае было бы разумнее искать сигналы темной материи, используя детекторы на поверхности Земли», - сказал он.
Чтобы преодолеть проблему фонового шума, он предполагает, что вместо того, чтобы пытаться отличить темную материю от фонового шума, нужно искать ежедневный изменяющийся сигнал в поверхностных или низкоточных детекторах.

Может быть, мы должны попробовать это:

Поскольку Земля движется относительно центра нашей Галактики, Млечный Путь, темная материя попадает в Землю преимущественно из одного направления. Однако, из-за вращения Земли вокруг своей собственной оси, частицы темной материи, которые исходят из направления ветра темной материи, перемещаются на разные расстояния в течение 24-часового периода.
Чем больше расстояние проходит под землей, тем выше вероятность подземного рассеивания. Именно это создает суточную вариацию. Оптимальное местоположение для использования этого эффекта находится в южном полушарии с широтой около 40 градусов, то есть в таких странах, как Аргентина, Чили и Новая Зеландия.
Используя DaMaSCUS, Куварис и Эмкен могут точно определить особенности (амплитуду и фазу) этого ежедневного изменяющегося сигнала, который может привести к обнаружению темной материи, если этот сценарий окажется правдой.

Клей галактики:

Считается, что 27 процентов нашей Вселенной состоит из темной материи. Ученые считают, что «клей» связывает галактики вместе. Тем не менее, никто до сих пор не знает, что такое темная материя.