Эксперимент на Земле открыл возможность обнаружить тёмную материю в космосе

Тёмная материя может составлять до 27 % всего вещества во Вселенной, но до самого момента Большого взрыва мы видим только обычную материю, которой во Вселенной всего 5 %. Учёные до сих пор гадают, как обнаружить эту неуловимую субстанцию. Одной из возможностей считается детектирование тяжёлых частиц антиматерии из космоса, которые могут рождаться при аннигиляции вещества тёмной материи. Научиться бы узнавать такие частицы. И похоже учёные научились.

Источник изображения: Julien Ordan/CERN

Как сообщает Wired, несколько лет назад команда физика Ивана Воробьёва на Большом адронном коллайдере начала получать такую экзотическую форму антиматерии, как антиядра гелия-3. Учёные и раньше получали античастицы в экспериментах на БАК, но получить целые антиядра — это было проблемой. Тем не менее, начатые ещё в 70-е годы прошлого века эксперименты самим Воробьёвым и работа научной коллаборации ALICE на БАК позволила уверенно получать достаточное количество антиядер гелия-3, состоящих из двух антипротонов и одного антинейтрона. В последнем эксперименте учёные ALICE получили около 18 тыс. антиядер гелия-3, что позволило изучить их воздействие на обычную материю.

Чтобы детектировать антиядра гелия-3 из космоса и, тем самым, искать свидетельства присутствия там тёмной материи, нужно строить детекторы, которые однозначно будут определять это вещество. Для этого необходимо изучить, как пучки антиядер гелия-3 ведут себя в обычном веществе датчиков — это называется измерением сечения неупругого рассеяния. В данном случае учёные измеряли этот параметр для антиядер гелия-3, а БАК позволил создать для этого достаточное количество этих частиц.

Впрочем, с изучением пучка антиядер гелия-3 оставалась проблема. Сталкивание протонов в БАК и ядер свинца вело к разлёту «обломков крушения» в произвольные стороны. Ни о каком направленном пучке не могло быть и речи. И всё же, учёные смогли найти выход из этой ситуации. Некоторые антиядра гелия-3 попадали в датчики, уже размещённые на БАК для других экспериментов. В частности, попадания фиксировались системой регистрации внутренней трековой системы (ITS), время-проекционной камерой (TPC) и детектором переходного излучения (TRD). Из какого материала состоят эти датчики не тайна — о них известно всё и, тем самым, показания с этих сенсоров позволяют рассчитать рассеяние антиядер гелия-3 в материалах предложенных датчиков.

Так учёные получили данные, чтобы построить детектор антиядер гелия-3 космического происхождения. Но они пошли дальше. На основе полученных данных была построена модель, которая позволила оценить вероятность детектирования таких антиядер. Оказалось, что наша галактика весьма прозрачна для них. На пути с окраин галактики к нам теряется только 50 % антиядер гелия-3, что обещает с высокой вероятностью уловить эти процессы в космосе и, наконец, с большей уверенностью сказать, что там точно есть невидимое нам вещество.