значительную разницу в других параметрах: макросы должны двигаться примерно со скоростью 250 километров в секунду, а сечение взаимодействия составлять порядка квадратного микрона. Соответственно, макросы порождают иные повреждения — вместо заметного отверстия они должны нагревать расположенный вдоль траектории движения участок ткани в форме цилиндра до температуры порядка 10 миллионов кельвин, то есть превращать его в плазму.
Так как во многих странах существует достаточно надежная статистика об отсутствии смертей от подобных повреждений, то это позволяет наложить ограничения на массы макросов. Физики делают вывод, что подобных частиц с массами менее 50 килограмм не может существовать. Если же массы макросов больше, то их концентрация не очень велика и вероятность столкновения с человеком также низка, однако накопление статистики будет улучшать эту оценку.
nplus1.ru, 17 июля 2019, Тимур Кешелава
https://nplus1.ru/news/2019/07/17/strong-statement
arxiv.org, 2019
Гленн Старкман (Glenn Starkman)
https://arxiv.org/abs/1907.06674
Глава 11-12-11
Ускоритель темной материи облегчит ее поиски
Март 2020
Ученые описали способ увеличения энергии частиц темной материи, что должно облегчить их регистрацию в детекторах. Предложенный метод основан на взаимодействии с ядрами в метастабильных состояниях, которое должно приводить к передаче энергии и ускорению частиц темной материи. Подходящие ядра встречаются как в природе, так и оказываются побочными продуктами работы атомных реакторов и медицинской аппаратуры, пишут в журнале Physical Review D.
На данный момент нет убедительных данных о существовании частиц темной материи, только верхние ограничения на параметры их взаимодействий с обычным веществом. Как правило, эти результаты получены в экспериментах, где физики ищут соударения частиц темной материи с электронами или ядрами обычных атомов, из-за чего последние приобретают заметную скорость и вызывают срабатывание детектора.
Однако частицы в рамках ряда гипотез о природе темной материи, в том числе неупругой темной материи и сильно взаимодействующей темной материи, не должны передавать значительное количество энергии, что делает существующие методы поиска неэффективными. Данные идеи остаются значительно хуже протестированными с помощью опытов по прямому поиску.
Максим Поспелов (Maxim Pospelov) из Института теоретической физики Периметр в Канаде и его коллеги из США предложили способ обойти данное ограничение. Для его реализации необходимо обеспечить взаимодействие низкоэнергетической частицы темной материи с ядром в метастабильном состоянии. В таком случае ядро вернется в основное состояние, а выделившаяся энергия будет распределена между частицей темной материи и излученным фотоном. В результате получается ускоритель для темной материи, который может перевести энергию искомых частиц в подходящий для регистрации диапазон.
Для реализации задумки рядом с обычным детектором темной материи необходимо поместить резервуар с метастабильными ядрами. Необходимо подобрать ядра с малой вероятностью спонтанного перехода в основное состояние, чтобы они могли оставаться метастабильными в течение долгого времени.
Теоретически, такой метод предоставляет три возможности наблюдать искомый сигнал: по излучению фотона при распаде метастабильного состояния, по вторичному рассеянию темной материи в теле детектора или по распаду самой частицы темной материи из-за получения большой энергии.
Авторы называют четыре изомера наиболее подходящими для этой цели: 180mTa, 177mLu, 137mBa и 78mHf. Для времени полураспада тантала существует лишь нижняя граница на уровне 1016 лет, у бария оно равно 2,55 минутам, у лютеция — 160 дням, а у гафния — 31 году. Тантал можно добывать из естественных источников, данный изомер настолько устойчив, что его распад никогда еще не наблюдался, барий накапливается в отходах атомных реакторов, лютеций — в отходах от радионуклидного лечения рака, гафний остался от неудавшихся старых экспериментов по попыткам сохранения энергии в метастабильных изомерах.
nplus1.ru, 2020
https://nplus1.ru/news/2020/03/04/dark-matter-accelerator
Журнал Physical Review D. 2020
Максим Поспелов (Maxim Pospelov) из Института теоретической физики Периметр в Канаде
https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.101.055001
Глава 11-12-12
Новые поиски темной материи предложили вести на старых детекторах
Май 2020
Физики проанализировали возможные механизмы поглощения частиц темной материи и показали, что такие реакции могут регистрировать уже существующие детекторы. Это дает возможность приспособить ряд имеющихся экспериментов для поиска гипотетических частиц и получить новые ограничения на их параметры, почти не прибегая к дополнительным затратам. Текст работы опубликован в журнале Physical Review Letters.
Американская исследовательская группа из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли и Калифорнийского университета под руководством Джеффа Дрора (Jeff Dror) представила новый метод поиска гипотетических частиц. Авторы сосредоточились на реакциях поглощения — в отличие от рассеяния, при котором происходит обмен только кинетической энергией, в таких процессах налетающая частица передает мишени (как правило, атомному ядру) еще и свою энергию покоя. Реакцию можно обнаружить по ее продуктам — частицам, рождающимся в результате столкновения. Их характеристики измеряют при помощи специальных детекторов, после чего, используя законы сохранения, определяют тип налетающей частицы и ее свойства.
Ученые исследовали два вида реакций: в одном случае продуктом становится нейтрино, а в другом — бета-частица (то есть электрон или позитрон). При этом для рассмотренных мишеней оба процесса не могут происходить самопроизвольно: для их протекания нужна дополнительная энергия. Последнее позволяет исключить ошибочные сигналы: в таких условиях регистрация нейтрино или бета-частицы на детекторе гарантирует, что в мишень что-то врезалось, и необходимо лишь установить тип налетающей частицы.
По результатам исследования авторы установили, что в реакциях с испусканием нейтрино, которые протекают при участии частиц темной материи, ядро-мишень приобретает строго определенные значения энергии. Это позволит в будущем легко отсеивать лишние данные — то есть снизить фон и улучшить чувствительность экспериментов. Для процессов с участием бета-частиц физики предсказали целую цепочку последующих реакций, которой сопутствует рождение ряда известных частиц. Благодаря этому обнаружить поглощение также становится значительно проще. Кроме того, ученые заключили, что для поиска темной материи по новой методике можно использовать уже существующие детекторы. Их чувствительность позволяет если не обнаружить гипотетические частицы, то, по меньшей мере, получить важные ограничения на их параметры, которые помогут в дальнейших экспериментах. Таким образом, в этой области можно добиться значительного прогресса, затратив минимальные усилия на приспособление установок.
nplus1.ru, 6 мая 2020, Николай Мартыненко
https://nplus1.ru/news/2020/05/06/dark-matter-absorption
Журнал Physical Review Letters, 2020
Джефф Дрор (Jeff Dror)из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли и Калифорнийского университета
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.181301
Глава 11-12-13
Новая модель показывает, как выглядела бы темная материя, если бы была видимой
Сентябрь 2020
Фиксировать присутствие темной
