Лиза Рэндалл - Достучаться до небес - Научный взгляд на устройство Вселенной

Другие детекторы занимаются в первую очередь поисками позитронов — античастиц электронов. Физики, участвующие в российско–итальянском спутниковом эксперименте PAMELA, уже сообщили о своих находках, и они совсем не похожи на то, что прогнозировалось заранее (см. результаты эксперимента PAMELA на рис. 80). Название в данном случае представляет собой аббревиатуру не слишком понятной фразы Pay load for Antimatter Matter Exploration and Light‑nuclei Astrophysics [62] Что означает примерно следующее: полезный груз для исследования материи и антиматерии и астрофизики легких ядер. — Прим. пер. . Мы пока не знаем, чему мы обязаны «лишними» событиями, которые зарегистрировал этот аппарат, — темной материи или неверной оценке астрономических объектов, таких как пульсары. В любом случае результаты привлекли внимание и астрофизиков, и специалистов по физике элементарных частиц.

РИС. 80. Данные с прибора PAMELA показывают, как плохо экспериментальные данные (кресты) о доле позитронов в зависимости от энергии согласуются с теоретическими прогнозами (пунктирная кривая)

Темная материя может также аннигилировать с образованием протонов и антипротонов. Более того, многие модели предсказывают, что если уж частицы темной материи находят друг друга и аннигилируют, так чаще всего и происходит. Однако большое количество антипротонов, возникающих в Галактике в других известных астрофизических процессах, может маскировать сигналы от аннигиляции темной материи. И все же у нас, возможно, есть шанс увидеть темную материю при помощи антидейтронов — очень слабо связанных состояний антипротона и антинейтрона, — которые также могут возникать при аннигиляции темной материи. Альфа–магнитный спектрометр AMS-02, находящийся в настоящее время на Международной космической станции, а также специальные спутниковые системы, такие как GAPS (General Antiparticle Spectrometer), возможно, когда‑нибудь «засекут» антидейтроны и откроют тем самым темную материю.

Наконец, ключом к непрямому обнаружению темной материи могут оказаться незаряженные частицы под названием нейтрино, участвующие только в слабом взаимодействии. Возможно, темная материя попадает в ловушку и оказывается запертой в центре Солнца или Земли. В таком случае единственным сигналом, который смог бы выбраться оттуда, являются именно нейтрино, так как в отличие от других частиц они не взаимодействуют по пути с веществом. Поисками этих высокоэнергетических нейтрино заняты детекторы Baikal, AMANDA, Ice Cube и ANTARES.

Если нам удастся зафиксировать хотя бы один из перечисленных сигналов — и даже если не удастся! — после этих экспериментов мы будем больше знать о природе темной материи, типичных для нее взаимодействиях и о ее массе. Пока же физики думают о том, какой сигнал следует ждать по прогнозам каждой из основных гипотез о темной материи. И, разумеется, мы задаемся вопросом о том, что могут означать уже полученные данные. Темная материя так слабо взаимодействует с материей обычной, что обнаружить ее будет очень непросто. Но можно надеяться, что установка разных, но действующих одновременно детекторов темной материи в ближайшем будущем непременно позволит нам добиться успеха; добавив к этому результаты экспериментов на БАКе, мы сможем лучше понять, что скрывает в себе Вселенная.

Цель этой книги — помочь читателю увидеть хотя бы краешком глаза, как человеческий разум пытается исследовать и внешние пределы пространства, и внутреннюю структуру вещества. Одним из лучших специалистов в обеих областях знания был покойный профессор Гарварда, физик Сидни Коулман. Студенты рассказывали, что, когда Сидни, получив докторскую степень, подавал документы на должность научного сотрудника в университете, почти во всех рекомендательных письмах говорилось, что это лучший физик после Ричарда Фейнмана. В последнем письме сам Ричард Фейнман писал, что Сидни—лучший физик современности. Себя он из рассмотрения исключил.

На юбилейной конференции, посвященной 60–летию Сидни, выступили многие выдающиеся физики его поколения. Говард Джорджи, коллега Сидни по работе в Гарварде и прекрасный специалист по физике элементарных частиц, заметил, что в докладах выступающих физиков–теоретиков его поразила одна деталь: то, как по–разному они все думают.