Физики нашли следы темной материи в сбоях в работе Большого адронного коллайдера

Физики Сюнь Юй Лян и Ариэль Житницкий из Университета Британской Колумбии (Канада) предлагают неожиданное объяснение давней загадки Большого адронного коллайдера. Речь идет о так называемых «неопознанных падающих объектах» — так физики в шутку окрестили спонтанные сбои в работе ускорителя, когда пучок протонов внезапно теряет часть частиц. С 2010 года известно, что подобные события происходят из-за попадания в пучок микроскопических пылевых частиц размером в несколько микрон, которые выбиваются из стенок вакуумной камеры. Однако до сих пор оставалось неясным, что именно заставляет эти пылинки отрываться от поверхности. Лян и Житницкий предполагают, что проблема во влиянии темной материи. Статья опубликована в журнале Physical Review D.

В поисках макроскопической темной материи

Физики заметили, что размер пылинок случайно совпадает с характерными размерами гипотетических частиц темной материи — аксионных кварковых самородков (AQN). Эти макроскопические объекты, масса которых может достигать килограмма, ранее предлагались для объяснения наблюдаемой взаимосвязи между количеством темной и видимой материи во Вселенной. Сначала исследователи подумали, что неопознанные падающие объекты сами по себе были AQN. Однако ученые быстро поняли, что это совпадение оказалось ложным следом.

Тем не менее ошибка привела физиков к новой идее. Они предположили, что если самородок аксионного кварка пролетит под землей на расстоянии около 100 километров от коллайдера, он генерирует чрезвычайно слабую акустическую ударную волну. Эта микровибрация, похожая на легкий удар, может достичь акселератора и выбить несколько пылинок в луч потока, что приведет к потере луча. По расчетам исследователей, сигнал от такого события будет примерно в пять раз сильнее фонового шума.

Как проверить гипотезу

Ключевым преимуществом предложенной гипотезы является то, что она не требует модернизации коллайдера или установки дополнительного оборудования для ее проверки. В БАК уже встроено около 4000 датчиков потерь пучка — датчиков, которые изначально были созданы для защиты ускорителя от повреждений. Авторы предлагают проанализировать старые записи этих датчиков в поисках характерных сигналов. Гипотеза должна быть подтверждена тремя и более коррелирующими отказами, произошедшими в течение двух секунд в разных точках 27-километрового кольца коллайдера.

Работа вносит важный вклад в изучение темной материи. Большинство экспериментов сегодня сосредоточено на поиске его микроскопических элементарных частиц, тогда как потенциальные макроскопические объекты остаются практически неисследованными.