Виктор де Касто - Pro темную материю

Но пока аксионы не удалось обнаружить. Считается, что рождение аксионов внутри звезды привело бы к ее ускоренному охлаждению. Также высказывались предположения, что один из возможных механизмов нагрева нашего Солнца – это излучение Солнцем аксионов или аксионоподобных частиц, которые превращаются в фотоны в областях с сильным магнитным полем. А аксионы, летящие от Солнца, в магнитном поле Земли могут превращаться в фотоны с энергией рентгеновского диапазона.

Однако ряд ученых пришел к выводу, что под влиянием сильного магнитного поля аксион может дезинтегрировать в фотон, а вот это способен определить детектор. В 1989 году в Брукхейвенской национальной лаборатории в Аптоне, штат Нью-Йорк, одной из 16 национальных лабораторий Министерства энергетики США, принялись за создание такого детектора. Фактически было построено два. Какое-то время один из них – медный цилиндр высотой до пояса среднего человека – выставлялся среди других аппаратов, которые показывают посетителям лаборатории. Но они не смогли обнаружить аксион. Правда, стоимость эксперимента составила от 1 до 2 % почти 60 млн фунтов стерлингов, которые ежегодно тратятся по всему миру на две-три дюжины экспериментов по поиску вимпов. Такие эксперименты идут постоянно.

Следующий кандидат – нейтрино, название которого происходит от итальянского слова, которое можно перевести как «нейтрончик», то есть маленький нейтрон. Это стабильная незаряженная элементарная частица с очень малой массой, долго считалось, что с нулевой. Нейтрино очень слабо взаимодействуют с любой материей. Нейтрино, в отличие от аксиона, не гипотетическая частица. Считается, что звезды, кроме света, излучают большой поток нейтрино, а на поздней стадии эволюции звезды за счет нейтрино уносится до 90 % излучаемой энергии.

Подробно про нейтрино я рассказывал в книге «Pro антиматерию» («Страта», СПб, 2015) . Здесь я хочу только упомянуть основные направления исследований в области нейтринной астрофизики, проводимые в настоящее время. Это исследование внутреннего строения Солнца, исследование гравитационного коллапса массивных звезд, поиск темной материи. Также ведется поиск нейтрино, идущих от объектов, в которых происходит ускорение космических лучей, таких как бинарные звездные системы, туманности, образовавшиеся после взрыва сверхновых звезд, ядра активных галактик, источники гамма-всплесков. Ведется поиск нейтрино из недр Земли и исследование темпа формирования массивных звезд в ранние эпохи по диффузному потоку нейтрино от всех гравитационных коллапсов.

В июне 2005 года было решено объединить самые крупные детекторы нейтрино на четырех континентах с целью впервые дать заблаговременный и, главное, достоверный прогноз вспышкам сверхновых в нашей галактике. Детекторы соединили в единую сеть, получившую название SNEWS (SuperNova Early Warning System – система раннего оповещения о сверхновых). Результаты круглосуточного мониторинга направляются на центральный компьютер, расположенный в Брукхейвенской национальной лаборатории в США.

К гипотетическим частицам относится нейтралино, являющаяся кандидатом на роль составляющей холодной темной материи. Напомню про суперсимметрию, предложенную рядом теоретиков: поскольку частицы бывают двух типов, бозоны и фермионы, которые соответственно могут или не могут занимать одно и то же квантовое пространство, между бозонами и фермионами должна существовать суперсимметрия.

В соответствии с теорией суперсимметрии у каждой частицы стандартной модели есть так называемый суперпартнер (или суперпартнеры), чей спин на ½ отличается от собственного спина частицы. Поэтому частицам с полуцелым спином, фермионам, соответствуют суперпартнеры с целым спином, бозоны, а суперпартнерами бозонов являются фермионы. Суперчастицы могут распадаться, но самая легкая из них обязана быть стабильной. Именно ее считают лучшим кандидатом на роль частицы темной материи и пытаются зарегистрировать в большинстве экспериментов. То есть у каждого бозона есть партнер-фермион. У фотона есть фотино, а у нейтрино должен быть нейтралино. Частица нейтралино стабильна, участвует в слабом и гравитационном взаимодействии. Суперпартнеры Z-бозона, фотона и бозона Хиггса (соответственно зино, фотино и хиггсино) имеют одинаковые квантовые числа, они смешиваются и образуют собственные состояния массового оператора, эти состояния и называются нейтралино. Свойства нейтралино зависят от того, какая из составляющих (зино, фотино, хиггсино) доминирует. Из всех теоретически мыслимых версий частицы темной материи ученые предпочитают нейтралино, являющуюся квантовой смесью суперпартнеров фотона, Z-бозона и бозона Хиггса.