PandaX не нашла электромагнитно взаимодействующую
темную материю
23.05.23
Физики из коллаборации PandaX поделились результатами поиска следов
электромагнитного взаимодействия обычной и темной материй. Для этого они искали
отклонения в числе фотонов, рожденных в 3,7 тонны жидкого ксенона, от
модельного предсказания. Отрицательный результат позволил наложить новые
ограничения на все типы электромагнитных свойств гипотетических частиц.
Исследование опубликовано в Nature.
Поиск частиц темной материи — важнейшая задача, над которой
физики и астрономы бьются уже почти век. Ее существование доказывают наблюдения
за движением галактик и реликтовым излучением, но, несмотря на это, ученые до
сих пор не понимают, из чего она состоит. Подробнее про темную материю читайте
в материале «Невидимый цемент Вселенной».
Среди прочего физики спорят, участвуют ли частицы темной
материи в электромагнитном взаимодействии. Само определение «темная»
подразумевает отрицательный ответ, однако, это может лишь значить, что такое
взаимодействие слишком слабое, чтобы его могли зафиксировать общие наблюдения и
эксперименты. Темная материя может состоять из миллизаряженных
частиц или частиц с неточечным зарядом, либо частиц с малым электрическими или
магнитными дипольными моментами, анапольными
моментами и так далее.
Поиск следов такого взаимодействия ведется на самых
различных установках. Среди прочего, этим заняты физики из коллаборации
PandaX-4T, работающие в зале B2 Китайской подземной лаборатории Цзиньпин. Ученые исследуют гипотетический процесс, при
котором частица темной материи обменивается фотоном с ядром вещества. Модели
предсказывают, что его итогом должно стать излучение, испущенное ускоренным
ядром, и излучение, испущенное электронами, оторвавшимися от ядра.
Чтобы отыскать такие пары сигналов, физики наполняли свой
детектор 3,7 тонны жидкого ксенона, окруженного с двух сторон массивами фотоумножителей. При анализе данных, собранных за 86 дней
измерений, ученые учитывали множество фоновых процессов: бета-распады прочих
ядер, естественную радиоактивность материалов детектора, влияние солнечных
нейтрино и так далее. В результате оказалось, что учета фоновых процессов
достаточно, чтобы объяснить происхождение более тысячи
событий, зарегистрированных установкой.
Результат эксперимента накладывает ограничения на известные
электромагнитные модели частиц темной материи в диапазоне масс от 20 до 40 гигаэлектронвольт. Так, из него следует, что зарядовый
радиус этих частиц не превышает 1,9 × 10-10 фемтометра,
миллизаряд — 1,9 × 10-10 заряда электрона, а
электрический и дипольный моменты — 1,2 × 10-23 заряда электрона на
сантиметр и 4,8 × 10-10 магнетона Бора, соответственно. Ограничению
подвергся также анапольный момент: 1,6 × 10-33
квадратного сантиметра, что почти в три раза меньше, чем предел, полученных в
предыдущем исследовании.
В качестве иллюстрации авторы сравнили свои ограничения с
таковыми для других распространенных заряженный
частиц: нейтрона и нейтрино, полученными другими группами. Предел для
зарядового радиуса темной частицы оказался на четыре порядка строже, чем у
нейтрино, пределы электрического дипольного момента и анапольного
момента заняли промежуточное положение между таковыми для нейтрона и нейтрино,
а предел магнитного момента оказался на один порядок слабее нейтринного.
источник - https://www.atomic-energy.ru/news/2023/05/25/135557