Вчені шукають анігіляцію темної матерії у центрі Землі

Темна матерія — одна з найскладніших таємниць сучасної космології. З одного боку, астрономи зібрали безліч підтверджуючих доказів за допомогою статистики скупчення галактик, гравітаційного лінзування та космічних мікрохвильових фонових коливань, з іншого боку, у стандартній моделі фізики елементарних частинок немає частинок, які могли б пояснити темну матерію, і ми не змогли виявити його вплив локально.

Це надійна теорія, яку ми, здається, не можемо повністю визначити. Зазвичай це означає, що ми лише прорив від підтвердження або повалення темної матерії. Хороша новина полягає в тому, що існує кілька проектів з пошуку темної матерії, і один із них, нейтринна обсерваторія IceCube, щойно оприлюднив новий результат.

Будучи нейтринною обсерваторією, IceCube не може безпосередньо виявляти темну матерію, але може виявляти локальні ефекти темної матерії, які утворюють нейтрино. Однією з головних моделей частинок темної матерії є масивні частинки, які здебільшого взаємодіють одна з одною і слабко взаємодіють зі звичайними частинками матерії. Ці слабко взаємодіючі масивні частинки, або WIMP, можуть ховатися в ядрі Землі.

Якщо модель WIMP вірна, коли темна матерія стикається з масивним об’єктом, таким як планета чи зірка, зіткнення з щільною звичайною матерією має уповільнити її, в результаті чого деякі WIMP потрапляють у гравітаційну пастку в тіло. Ці WIMP час від часу стикаються один з одним, викликаючи розпади частинок, що утворюють нейтрино. Це означає, що з центру Землі має бути надлишок нейтрино, який IceCube зможе виявити.

У цьому дослідженні команда вивчила дані IceCube за десятиліття та не знайшла доказів надлишку нейтрино. Враховуючи енергетичний переріз детекторів IceCube, це фактично виключає WIMP з масою більше 100 ГеВ або трохи більше 100 мас протонів. Цей результат узгоджується з іншими дослідженнями, які також виключають WIMP великої маси. Частинки темної матерії меншої маси все ще можливі, але зараз ми маємо довгу історію виключення кандидатів темної матерії.

Існують плани оновити IceCube, щоб підвищити його чутливість, і це дозволить проводити подальші тести темної матерії на пошук WIMP меншої маси. Це може дозволити нам нарешті виявити темну матерію локально, але у нас швидко закінчуються можливості. Наразі ми виключили кілька кандидатів у темну матерію, і нам, можливо, доведеться розглянути альтернативи, такі як модифікована гравітація. Але це вже інша історія. Джерело