Арэол цёмнай матэрыі вакол нашай галактыкі павінен праяўляць розныя верагоднасці ўзаемадзеяння, калі Зямля круціцца на Сонцы, змяняючы наш рух праз цёмную матэрыю нашай галактыкі. Малюнак: ESO / L. Calçada.

Дурны аптымізм мыслення цёмнай матэрыі ўжо не выяўлены

Толькі таму, што мы ведаем, што гэта рэальна, не азначае, што яго лёгка стварыць у лабараторыі.

"Для мяне найлепшы адказ - не ў словах, а ў вымярэннях". -Элена Апрыль

Атам, малекулы, чалавечыя істоты, Зямля, Сонца, зоркі, галактыкі, газ, пыл і плазма ва Сусвеце маюць усё агульнае: усе яны зроблены з тых жа асноўных часціц. Але калі разбіць усё, што мы ведаем, убачыць і ўспрымаць да самых маленькіх складнікаў, вы можаце растлумачыць толькі каля 15% ад агульнай масы ў Сусвеце. Не выпраменьваючы і не паглынаючы святло, 85% Сусвету таямнічы, бачны толькі дзякуючы сваім гравітацыйным уздзеянням на свяцілую, узаемадзейнічаючую матэрыю. У гэтай цёмнай матэрыі ёсць вялікая колькасць астрафізічных доказаў, але бачыць нешта здалёк не тое самае, як ствараць, выяўляць і аналізаваць гэта ў лабараторыі для сябе. Нягледзячы на ​​тое, што існуе вялікая колькасць эксперыментаў, якія шукаюць цёмную матэрыю, спатрэбіцца дурны ўзровень аптымізму, каб чакаць, што любы з іх у бліжэйшы час стане паспяховым.

Рассеянне цёмнай матэрыі / нуклонаў дало б пэўны сігнал, але ёсць шмат прыземленых, фонавых укладаў, якія могуць даць падобны вынік. Гэта будзе паказана ў Германіі, вадкім XENON і вадкіх дэтэктарах ARGON. Крэс выявы: Агляд цёмнай матэрыі: Пошукавыя калайдэры, прамыя і ўскосныя пошукі - Queiroz, Farinaldo S. arXiv: 1605.08788 [hep-ph].
  • Непасрэднае стварэнне часціц цёмнай матэрыі пры сутыкненні з высокай энергіяй, напрыклад, на Вялікім Адронным калайдары. Адсутнасць энергіі і імпульсу, адметная ад нейтрына, стане сапраўдным знакам цёмнай матэрыі.
  • Эксперыменты шукаюць відавочны знак знішчэння часціц цёмнай матэрыі з іншымі часціцамі цёмнай матэрыі, дзе вырабляюцца фатоны пэўнай энергіі, адпаведнай невядомым фундаментальным часціцам.
  • Эксперыменты па аднаўленні ядзернай аддачы, дзе часціцы цёмнай матэрыі сутыкаюцца з атамнымі ядрамі, ствараючы унікальную камбінацыю дадатковай энергіі і сігналу імпульсу, якія атрымліваюць ядра.
  • І эксперыменты з электрамагнітным рэзанансам, дзе фотаны ў электрамагнітнай паражніны могуць быць змешчаны альбо ў перапляценне, альбо ў сутыкненне з часціцамі цёмнай матэрыі.
Крыёгенная ўстаноўка аднаго з эксперыментаў, накіраваных на выкарыстанне гіпатэтычных узаемадзеянняў паміж цёмнай матэрыяй і электрамагнетызмам. Малюнак: Эксперымент Axion Dark Matter (ADMX), мігаценне LLNL.

Многія навукоўцы праводзяць гэтыя эксперыменты і спадзяюцца на поспех. Але тыя, хто прагназуе поспех, падманваюць сябе жаданым роздумам.

Назіраныя дадзеныя аб цёмнай матэрыі паказваюць, што па ўсёй Сусвеце масіўныя масіўныя часціцы, якія пераадольваюць нармальную матэрыю ў суадносінах 5: 1. Дадзеныя сведчаць аб тым, як галактыкі злітаюцца паміж сабой, ваганнямі радыяцыйнага выпраменьвання Вялікага выбуху, як асобныя галактыкі рухаюцца і круцяцца, як маштабная структура Сусвету і як сутыкаюцца кластары галактык.

Чатыры сутыкненні галактыкі, якія сутыкаюцца, паказваюць падзел рэнтгенаўскіх прамянёў (ружовы) і гравітацыі (сіні), якія сведчаць аб цёмнай матэрыі. Крэдыт малюнкаў: рэнтген: NASA / CXC / UVic. / А. Махдаві і інш. Аптычныя / Аб'ектывы: CFHT / UVic. / A. Махдаві і інш. (уверсе злева); Рэнтген: NASA / CXC / UCDavis / W.Dawson і інш .; Аптычныя: NASA / STScI / UCDavis / W.Dawson і інш. (уверсе справа); ESA / XMM-Ньютан / F. Gastaldello (INAF / IASF, Мілана, Італія) / CFHTLS (злева знізу); Рэнтген: NASA, ESA, CXC, М. Брадак (Каліфарнійскі ўніверсітэт, Санта-Барбара) і С. Ален (Універсітэт Стэнфарда) (справа ніжэй).

Доказы існавання цёмнай матэрыі ашаламляльныя; альбо цёмная матэрыя існуе, альбо велізарная маса гравітацыйных з'яў у корані няправільна зразуметая і патрабуе тэарэтычнага капітальнага рамонту. Але ў кожным прамым сэнсе назіранні паказваюць, што цёмная матэрыя нябачная. Здаецца, ён не ўзаемадзейнічае з самім сабой, са святлом, з звычайнай матэрыяй альбо з якой-небудзь з вядомых, выяўленых часціц. За выключэннем, гэта значыць, сілай гравітацыі.

Часціцы і сілы стандартнай мадэлі. Цёмная матэрыя не даказана ўзаемадзеяння ні з адным, акрамя гравітацыйнага. Крэдыт малюнкаў: Праект сучаснага фізічнага навучання / DOE / NSF / LBNL, праз http://cpepweb.org/.

І менавіта тут заключаецца ўласцівая цяжкасці. Усе прапанаваныя метады выяўлення абапіраюцца на іншы, негравітацыйны тып узаемадзеяння цёмнай матэрыі - той, які не мае доказаў таго, што ён існуе. "Вядома", можна сцвярджаць, "сёння няма ніякіх доказаў, але ў нейкі момант далёкага мінулага павінна быць іншае ўзаемадзеянне, каб стварыць цёмную матэрыю ў першую чаргу". І гэта сапраўды так, але гэта не кажа вам:

  1. Што было ўзаемадзеянне.
  2. Якія маштабы энергіі неабходныя для стварэння ўзаемадзеяння.
  3. Ці з'яўляецца ўзаемадзеянне ў выніку злучэння з звычайнай матэрыяй (ці што-небудзь у стандартнай мадэлі).
  4. Ці, самае галоўнае, ці з'яўляецца сёння любы з эксперыментаў, якія шукаюць цёмную матэрыю, на правільным шляху да яе выяўлення.
Часціцы Стандартнай мадэлі і іх суперсіметрычныя аналагі. Роўна 50% гэтых часціц (несуперсіметрычныя 50%) былі выяўлены, а 50% ніколі не выяўлялі слядоў іх існавання. Крэдыт малюнка: Клэр Дэвід, http://davidc.web.cern.ch/davidc/index.php?id=research.

Справа ў тым, што большасць эксперыментаў - CDMS, Edelweiss, LUX, Xenon і іншыя - разлічваюць на вельмі канкрэтную мадэль: гэтая цёмная матэрыя - гэта цяжкая, нейтраліновая часціца, вядомая як WIMP. Яны мяркуюць, што ён узаемадзейнічае з звычайнай матэрыяй праз слабае ядзернае ўзаемадзеянне. Яны мяркуюць, што часціца будзе мець масу дзесьці ў верхняй частцы масы верхняга кварка. І яны мяркуюць усё гэта без аднаго эксперыментальнага ці назірання. Адзінае прамое ўяўленне пра цёмную матэрыю адбываецца з эксперыментаў, такіх як DAMA / LIBRA і CoGENT, і нават гэта, па меншай меры, можа быць прыземленай крыніцай неапазнанага сігналу - напрыклад, нейтронаў - як і цёмнай матэрыі.

Зала B СПГ з устаноўкамі XENON, з дэтэктарам, усталяваным унутры вялікага вадзянога шчыта. Малюнак: INFN.

Вядома, было б фенаменальна, рэвалюцыйна і рэвалюцыйна, калі б мы непасрэдна выявілі цёмную матэрыю. Ёсць усе падставы праводзіць гэтыя эксперыменты, рабіць гэтыя пошукі, шукаць гэтыя подпісы і спрабаваць лепш разумець Сусвет. Але ідэя таго, што мы знаходзімся ў непасрэдным вызначэнні цёмнай матэрыі, не з'яўляецца абгрунтаванай. Больш за тое, ёсць такія, хто сцвярджае, што няздольнасць гэтых эксперыментаў выявіць цёмную матэрыю азначае, што яна не павінна існаваць; гэтая выснова аднолькава беспадстаўная. Ускоснае сведчанне цёмнай матэрыі - з астрафізічных назіранняў - застаецца вялікім, але прамыя доказы слабыя ў лепшым выпадку і неіснуючыя ў горшым выпадку.

Абмежаванні па перасеку цёмнай матэрыі / нуклона, уключаючы прагназаваную прагназаваную адчувальнасць XENON1T. Крэдыт малюнка: Этан Браўн з RPI, праз http://ignatz.phys.rpi.edu/site/index.php/the-experiment/.

Мы ведаем толькі гравітацыйныя ўласцівасці цёмнай матэрыі. У астатнім усё, што мы маем, ёсць абмежаванні. Нават калі мы працягваем націскаць гэтыя межы ўніз і ўніз, усё далей і далей, няма ніякай гарантыі, што мы прыйдзем да паспяховага выяўлення. Мы можам шукаць бясплодна. Але ўсё, што мы можам зрабіць, гэта працягваць шукаць і спадзявацца на адкрыццё. У выпадку адсутнасці лепшай тэарэтычнай матывацыі гэтыя эксперыменты - лепшае, што мы можам зрабіць.

Гэтая публікацыя ўпершыню з'явілася ў Forbes і прадастаўляецца вам прыхільнікамі Patreon без рэкламы. Каментуйце наш форум і купіце нашу першую кнігу: Beyond The Galaxy!