Темная материя остается одной из величайших загадок фундаментальной физики. Множество теоретических предложений и 40 лет интенсивных экспериментальных поисков не привели к какому-либо объяснению ее природы.
Несколько лет назад в теории, объединяющей физику частиц и гравитацию, были предложены новые, радикально отличающиеся кандидаты в темную материю: сверхтяжелые заряженные гравитино.
Теперь в статье, опубликованной в журнале Physical Review Research учеными из Варшавского университета и Института гравитационной физики имени Макса Планка, показано, как новые подземные детекторы, в частности детектор JUNO, который скоро начнет сбор данных, хотя и разработан для физики нейтрино, также чрезвычайно хорошо подходят для обнаружения «частиц гравитации».
Почему гравитино
Гравитино, несмотря на свою чрезвычайную массивность, не могут распадаться, поскольку просто не существует более мелких частиц аналогичной природы. Поэтому ученые предположили, что два гравитино с зарядом ±2/3 (остальные шесть имеют гораздо меньшую распространенность) могут быть частицами темной материи, совершенно отличными от всех предложенных до сих пор.
А именно, широко рекламируемые обычные кандидаты либо чрезвычайно легкие, как аксионы, либо промежуточной (протонной) массы, как WIMP (слабо взаимодействующие массивные частицы), были электрически нейтральными, что соответствовало названию «темная материя». Однако после более чем 40 лет интенсивных поисков с помощью множества различных методов и устройств не было обнаружено никаких новых частиц, выходящих за рамки Стандартной модели.
Однако гравитино представляют собой новую альтернативу. Несмотря на то, что они имеют электрический заряд, они могут быть кандидатами в темную материю, поскольку, будучи очень массивными, они чрезвычайно редки и поэтому наблюдательно «не светятся в небе» и избегают очень жестких ограничений на заряд составляющих темной материи.
Кроме того, электрический заряд гравитино предполагает совершенно другой способ доказательства их существования.
Почему JUNO
В оригинальной статье, опубликованной в 2024 году в European Physical Journal C, отмечалось, что детекторы нейтрино, основанные на сцинтилляторах, отличных от воды, могут быть подходящими для обнаружения гравитино темной материи.
Однако поиск чрезвычайно затруднен из-за их крайней редкости (предположительно, только одно гравитино на 10 000 кв. км в Солнечной системе), поэтому с помощью имеющихся в настоящее время детекторов обнаружить их не представляется возможным. Однако в настоящее время строятся или планируются новые гигантские подземные детекторы на масле или жидком аргоне, и теперь появляются реальные возможности для поиска этих частиц.
Среди всех детекторов китайская подземная нейтринная обсерватория Цзянмэнь (JUNO), которая сейчас находится в стадии строительства, кажется предначертанной для таких поисков. Ее цель — определить свойства нейтрино (на самом деле антинейтрино), но поскольку нейтрино чрезвычайно слабо взаимодействуют с материей, детекторы должны иметь очень большой объем.
В случае детектора JUNO это означает 20 тыс. тонн органической синтетической жидкости, похожей на масло, широко используемой в химической промышленности, со специальными добавками, в сферическом сосуде диаметром около 40 м с более чем 17 тыс. фотоумножителей вокруг сферы. JUNO планирует начать измерения во второй половине 2025 года.
Ранее Наука Mail писала, что физики проверили асимметрию материи и антиматерии.
