Использование сахара для поиска тёмной материи: новая попытка обнаружить мир, «невидимый»

Физики перепробовали множество способов обнаружить тёмную материю, но ни один из них не увенчался успехом. Теперь на арену вышел неожиданный претендент — обычный столовый сахар.

Ученые придумали новый способ поиска темной материи с использованием гигантских кристаллов сахарозы, или столового сахара, — хотя пока что они испытывают лишь горько-сладкий привкус отсутствия результатов.

Мы полагаем, что тёмная материя существует, основываясь на странном гравитационном притяжении, которое она, по-видимому, оказывает на галактики. Но, несмотря на десятилетия поисков возможных частиц тёмной материи, учёные ничего не нашли. Многие из этих поисков были направлены на поиски слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMP), которые долгое время считались одними из самых перспективных кандидатов на тёмную материю, но даже самые тщательные исследования не дали результатов.

Большинство детекторов вимпов (WIMP) ищут вспышки света, которые могут создавать пролетающие частицы тёмной материи при взаимодействии с обычной материей, но они предполагают, что эти частицы достаточно велики, примерно от 2 до 10 000 масс протона. Именно это наиболее чётко объясняет галактические эффекты тёмной материи, но также возможно, что вимпы на самом деле легче, хотя это и не совсем согласуется с теорией.

Теперь Федерика Петричка из Института физики Общества Макса Планка в Мюнхене (Германия) и ее коллеги ищут эти более легкие вимпы, используя детектор, изготовленный из кристаллов сахара, охлажденных до экстремальных температур.

Очень лёгкие вимпы, очевидно, должны взаимодействовать с очень лёгкими атомами, такими как водород, но использование чистого водорода в качестве детектора может быть затруднено из-за его низкой плотности, что снижает вероятность взаимодействия. Сахароза же содержит 22 атома водорода в каждой молекуле, что значительно выше плотности чистого водорода.

Петрика и её команда сначала выращивали кристаллы сахарозы из концентрированного раствора сахара в течение недели, а затем снизили температуру кристаллов до семи тысячных градуса выше абсолютного нуля. Затем они наблюдали за возможными взаимодействиями с тёмной материей, отслеживая небольшие повышения температуры с помощью сверхчувствительного термометра и вспышки света с помощью фотонного датчика.

Исследователи проводили свой эксперимент в течение 19 часов, и, хотя кристаллы сахара действительно светились на уровнях, соответствующих более крупным частицам, они не зафиксировали никаких более слабых обнаружений, которые мог бы произвести WIMP.

По словам Карлоса Бланко из Университета штата Пенсильвания, кристаллы сахара были настроены на поиск возможных взаимодействий с тёмной материей с исключительной чувствительностью, что может позволить им обнаружить крайне малые отскоки от лёгких вимпов. Однако пока неясно, способен ли эксперимент эффективно исключить другие возможные источники свечения кристаллов, например, радиоактивный углерод-14, который обычно присутствует во многих видах сахара.

arXiv DOI: 10.48550/arXiv.2510.00068

ЦЕРН и Монблан, темная и замороженная материя: Швейцария и Франция

Приготовьтесь к потрясению от ЦЕРНа, европейского центра физики элементарных частиц, где исследователи управляют знаменитым Большим адронным коллайдером, расположенным недалеко от очаровательного швейцарского города Женева на берегу озера.

Узнать больше

Источник: www.newscientist.com