Учёные предположили, что Большой адронный коллайдер уже мог зафиксировать следы тёмной материи
На протяжении многих лет в работе Большого адронного коллайдера (БАК) наблюдаются загадочные события, происхождение которых до сих пор остаётся неясным. Физики называют их UFO (Unidentified Falling Objects — «неопознанные падающие объекты»). Речь идёт не о НЛО, а о внезапных потерях протонного пучка, которые, как считается, возникают из-за микроскопических частиц пыли, попадающих внутрь ускорителя. Теперь исследователи из Канады выдвинули необычную гипотезу: причиной появления этой пыли может быть тёмная материя.
Авторами работы стали Сюньюй Лян и Ариэль Житницкий из Университета Британской Колумбии. По их мнению, через Землю могут периодически проходить массивные объекты тёмной материи, создавая слабые акустические колебания, способные распространяться на десятки километров. Если такая волна достигнет тоннеля БАК, она может стряхнуть мельчайшие частицы пыли с внутренних поверхностей ускорителя. Попав в протонный пучок, они вызывают его частичную потерю, что и фиксируют датчики.
«Большой адронный коллайдер можно сравнить с гигантскими и невероятно точными швейцарскими часами. Он способен продолжать работу, несмотря на множество мелких воздействий. Согласно нашей идее, пролетающий через Землю объект тёмной материи может вызвать крошечную вибрацию, словно кто-то слегка постучал по столу, на котором стоят эти часы. Этого может оказаться достаточно, чтобы стряхнуть частицу пыли внутрь ускорителя», — объясняют исследователи.
Первоначально учёные изучали гипотетические объекты тёмной материи, известные как аксионные кварковые самородки (Axion Quark Nuggets, AQN). Эти предполагаемые макроскопические образования могут иметь размеры порядка микрометра — примерно такие же, как частицы пыли, вызывающие загадочные события в коллайдере. Сначала исследователи предположили, что сами UFO могут быть такими объектами, однако быстро поняли, что совпадение размеров оказалось случайным.
Тем не менее эта идея привела их к новой гипотезе: если AQN не являются самой пылью, то они могут быть причиной её появления. В отличие от большинства предполагаемых частиц тёмной материи, аксионные кварковые самородки рассматриваются как относительно крупные и плотные объекты массой до одного килограмма. Если один из них пройдёт через Землю на расстоянии примерно до 100 километров от коллайдера, он может породить слабую подземную ударную волну.
Расчёты показали, что такие события должны создавать сигнал примерно в пять раз сильнее фонового шума. Более того, они будут иметь характерную подпись: в течение двух секунд вдоль 27-километрового тоннеля БАК должны последовательно происходить три или более взаимосвязанных события UFO. Именно такую закономерность можно попытаться найти в уже существующих данных.
По словам авторов, для проверки гипотезы не требуется модернизировать ускоритель или устанавливать новое оборудование. В коллайдере уже работают высокочувствительные мониторы потерь пучка, которые изначально создавались для защиты установки от повреждений. Исследователи считают, что эти же датчики потенциально способны зарегистрировать последствия прохождения макроскопических объектов тёмной материи.
«Особенно привлекательно то, что в БАК уже существует превосходная система мониторинга. Она была разработана совсем для другой задачи — защиты ускорителя, — но может оказаться чувствительной к явлениям, для поиска которых её никто не создавал», — отмечают Лян и Житницкий.
Авторы подчёркивают, что сами они пока не анализировали архивные данные Большого адронного коллайдера. Цель их работы — предложить новый подход и побудить специалистов CERN повторно изучить накопленные записи UFO в поисках характерных серий событий. Если такие последовательности действительно будут обнаружены, это может стать первым косвенным свидетельством существования макроскопической формы тёмной материи.
Учёные также считают, что аналогичный метод можно применять и на других крупных ускорителях частиц. В перспективе подобные установки могут образовать своеобразную глобальную сеть детекторов, способную регистрировать редкие прохождения массивных объектов тёмной материи через Землю.
Исследование будет в журнале Physical Review D.