Земята може да се окаже най-добрия детектор на тъмна материя
Съществуването на тъмна материя е доказано от редица астрономически наблюдения. Физици предложиха хипотеза, обясняваща защо действащите детектори не са я открили досега и къде трябва да търсим нейните следи. Става въпрос за нова хипотетична частица, а именно свръхтежко гравитино. Подробна научна статия с тази хипотеза е публикувана в списание Physical Rewiew D и нейни автори са Кшиштоф Майснер от Варшавския университет и Нерман Николай от Института по гравитационна физика към Дружеството за научни изследвания „Макс Планк”.
За астрономите съществуването на тъмната материя, проявяваща се чрез своята гравитация, е факт доказан от многочислени и разнообразни наблюдения. При това, повечето специалисти смятат, че по-голяма част от тази материя не може да се състои от обичайните частици (протони, неутрони и електрони). В съответствия с доминиращата в сегашния момент теория, след Големия взрив не е било възможно да се образуват толкова много такива частици (тъмната материя във Вселената е няколко пъти повече от видимата).
За ролята на частици на тъмната материя претендират голям набор от хипотетични частици, чието съществуване независимо от откриването на тъмната материя , е било предсказано от физиците-теоретици. Такива са например вимпите ( WIMP, Weakly Interacting Massive Particle) и аксионите ( axion от axial + -on). Но работата на големите и скъпи детектори, предназначени за тяхното директно откриване, засега не дава резултат.
Разбира се, на действащите съоръжения засега не са преминати всички възможни експериментални изследвания за откриване предсказаните свойства на вимпите и аксионите, така че е много рано тези хипотези да бъдат опровергани. От друга страна, някои експерти, базирайки се на досегашните несполучливи експерименти, изказват предположения, че тъмната материя се състои от съвършено други частици. Във връзка с това, хипотезата, изказана от Майснер и Николай за свръхтежкото гравитино, е достатъчно интересна.
Любопитното е, че когато те са я формулирали, не са мислили за тъмната материя, а за съвсем други проблеми. Ще напомним, че на сегашния момент най-успешният и експериментално проверен модел, описващ света на елементарните частици е Стандартния модел . През годините теоретиците предлагаха различни допълнения и разширения на неговата конструкция, включително на нови частици, в частност на така наречените „суперпартньори”. Затова и много надежди се възлагаха на Големия адронен колайдер. Но частици, които са извън рамките на Стандартния модел на елементарните частици, освен бозона на Хигс, така и не бяха открити по време на работата на този най-мощен ускорител.
Майснер и Николай предлагат теория, обясняваща този, обезкуражаващ много физици, факт.
„ В нашата хипотеза фактически няма никакви допълнителни частици в обичайната материя, които след това да бъдат оспорвани, защото не могат да бъдат открити по време на експериментите, провеждани в ускорителите” –казва Николай.
В новият модел в качеството на странично следствие е възникнала концепцията за свръхтежкото гравитино. Тази хипотетична частица рязко се отличава от другите кандидати за ролята на тъмна материя. Първо, тя е с невиждана за елементарна частица маса. Тя е равна приблизително Планковата маса, която играе важна роля в теоретичната физика и е равна приблизително на една стохилядна част от грама. Тази величина е сравнима с масата на обикновена прашинка и изключително голяма за мерките на елементарните частици. Така например, масата на протона е по- малка 10¹⁹ (десет милиона трилиона) пъти.
Второ, свръхтежкото гравитино има електрически заряд, а също така участва в силните взаимодействия. Това рязко го отличава както от вимпите, така и от аксионите, а също така от не по-малко хипотетичното леко гравитино.
По изчисленията на авторите, за да се обясни концентрацията на тъмната материя, е достатъчно едно свръхтежко гравитино на 10 хиляди кубически километра пространство. Тази рядкост , според думите на авторите, е причината то да не бъде открито досега.
Как да го открием все пак? В качеството на своеобразен детектор учените предлагат да се използва … земното кълбо.
По изчисленията на изследователите, свръхтежките гравитино благодарение на своята огромна маса би трябвало пронизват земното кълбо като артилерийски снаряд облак от комари. При този процес в кристалите на земните породи би трябвало да останат дълги прави следи (трекове), които могат да бъдат разграничени от следите на други частици. Въпреки че срещата с такива тежки частици би трябвало да са крайно редки, образците от породи на възраст от милиони и милиарди години могат да пазят спомени за тях.
„Йонизиращото излъчване, както е известно, поражда дефекти в кристалните структури. Може да се окаже възможно да открием остатъци от такива йонизирани трекове в кристалите, които остават стабилни в течение на милиони години” – предполага Николай.
