Дэниэл Карни (Daniel Carney) из университета Мэриленд предложил детектировать частицы темной материи с массой больше массы Планка (22 микрограмма или 1,22 × 1019 гигаэлектронвольт в рациональной системе единиц) с помощью массива маленьких маятников. Как показали расчеты Карни и его коллег, для эффективного детектирования частиц темной материи масса груза маятника может варьироваться в диапазоне между микрограммами и граммами, а число маятников в детекторе должно быть порядка миллиарда. Прохождение тяжелой темной частицы через систему равномерно расставленных маятников должно привести их в коррелированное движение, которое можно выделить из общего шума и фона. По величине отклонения маятника можно также судить и о массе детектируемой частицы.
Сложность таких измерений заключается в крайне малом отклонении маятников, сопоставимым с квантовым шумом, а также время взаимодействия: при средней скорости темной частицы в 220 километров в секунду характерное время взаимодействия не превышает 10-8 секунды. Поэтому в такой системе особо важную роль играет система подавления шума, связанного с квантовыми колебаниями, фоновыми событиями и «ошибками» регистрации.
Авторы отмечают схожесть возникающих в такой системе маятников квантовых шумов с теми, с которыми успешно борются на детекторе гравитационных волн aLIGO, ссылаясь на успех последнего. Ученые говорят и об области применимости подобного детектора в рамках современных представлений о темной материи: при такой массе темная частица наверняка не будет элементарной и может представлять собой темное ядро или связанный сгусток темных кварков. Однако при повышении числа маятников в детекторе есть вероятность, что в зону его чувствительности попадут и тяжелые элементарные частицы темной материи в рамках потенциальной теории Великого объединения.
nplus1.ru, 15 октября 2020, Никита Козырев
https://nplus1.ru/news/2020/10/15/dark-matter-pendulums
Журнал Physical Review D, 2020
Дэниэл Карни (Daniel Carney) из университета Мэриленд
Часть 11-13
Поиск легких частиц
Содержание
(том – часть – глава)
11-13-1. CERN превратил Солнце в линзу для аксионного телескопа
11-13-2. В поисках темной материи аксионам остается все меньше шансов на существование
11-13-3. Эксперименты по поиску темных аксионов добрались до проверки теоретических моделей
11-13-4. Физики исследовали коллапс аксионной темной материи на домашнем компьютере
11-13-5. Прототип ABRACADABRA не помог найти темную материю
11-13-6. Новые данные с телескопа EHT исключают существование аксионов в определенном диапазоне масс
11-13-7. Галоскоп ORGAN не нашел аксионов массой от 63 до 67 микроэлектронвольт
11-13-8. Гравитационное линзирование указало на волновую природу темной материи
11-13-9. На DESY стартовал эксперимент ALPS II по поиску аксионов
11-13-10. Физики ограничили ультралегкую темную материю при помощи атомных часов
Глава 11-13-1
CERN превратил Солнце в линзу для аксионного телескопа
Декабрь 2016
18 декабря 2016 года в CERN на солнечно-аксионном телескопе CAST прошел первый сеанс поиска частиц-кандидатов на роль темной материи, излучаемых сверхмассивной черной дырой, расположенной в центре Млечного Пути. Солнце в этот день было точно на линии между Землей и сверхмассивным объектом и могло выступить в роли гравитационной линзы, усиливающей поток частиц от небесного тела в миллиард раз. Об этом сообщает пресс-релиз CERN.
Аксионы и хамелеоны, которые искал CAST, — одни из вероятных кандидатов на роль частиц темной материи. Хамелеоны, к примеру, меняют свою эффективную массу в зависимости от окружения. Аксионы были введены для того, чтобы объяснить, почему в сильном взаимодействии не нарушается CP-симметрия. Все они очень слабо взаимодействуют с веществом и заметить их можно лишь при определенных условиях. К примеру, считается, что в сильных магнитных полях и аксионы и хамелеоны способны осциллировать в фотоны. Одним из наиболее перспективных источников аксионов физики называли плазму в ядре Солнца.