О блокировках  |  На основном сайте Граней: https://graniru.org/Society/Science/m.37656.html

статья Super-WIMPs: темная материя может оказаться необнаружимой в принципе

<a href=mailto:borisov@grani.ru class=anons12>Максим Борисов</a>, 08.07.2003
Исследователи из Йоркшира ищут WIMPs. Фото с сайта www.nature.com

Исследователи из Йоркшира ищут WIMPs. Фото с сайта www.nature.com

Исследователи, зарывшиеся глубоко под землю в поисках следов неуловимой темной материи (которая, как теперь уверены почти все астрофизики, абсолютно преобладает над "нормальным" веществом во Вселенной), могли бы добиться большего успеха по сравнению с теми, кто привычно обращает взор в поисках невидимых объектов к небесам. Но, вероятно, и у них не получится ничего найти... Мы живем в занимательное время - хотя общее количество темного вещества известно довольно точно, его идентификация остается невозможной.

Джонатан Фенг (Jonathan Feng) и его коллеги из Калифорнийского университета в Ирвине (University of California at Irvine) считают, что около 90 % всей материи Вселенной не просто скрывается в виде "не испускающего свет" вещества, а содержится в форме частиц, названных super-WIMPs (или SWIMPs, superweakly interacting massive particles - сверхслабовзаимодействующие массивные частицы - новый класс небарионной холодной скрытой материи), перед которыми, в отличие от "просто" WIMPs, совершенно бессильны все известные способы обнаружения темного вещества.

В настоящее время едва ли не самым вероятным подозреваемым на роль завладевших нашим миром невидимок, "умаляющих достоинство" "традиционных" звезд и галактик, считается WIMPs - слабовзаимодействующие с обычным веществом массивные частицы ("вимпсы"). Они тяжелее протонов и нейтронов, из которых, собственно, и состоят ядра всех атомов, и поэтому способны взаимодействовать с ними посредством гравитации. Никаким другим образом оказывать влияние на нормальное вещество они не способны вообще.

В надежде зафиксировать очень редкие столкновения между WIMPs и нормальными частицами физики из Европы и США устанавливают датчики глубоко под землю, ограждая их таким образом от космических лучей, способных исказить картину. Но эти усилия могут оказаться бесплодными, предупреждают авторы нового исследования. Ведь предсказанные ими новые super-WIMPs взаимодействуют с веществом столь слабо, что могут считаться не только невидимыми, но и необнаружимыми. "Super-WIMPs невозможно обнаружить непосредственно, не помогут и эксперименты, основанные на получении каких-либо косвенных данных", - печально констатируют изобретатели этого новоявленного чуда-юда.

Впрочем, авторы все-таки оставляют один лучик надежды для неутомимых охотников за темной материей. Свидетельством существования super-WIMP, а следовательно, и темной материи было бы выделение в некотором энергетическом диапазоне аномально большого количества гамма-лучей, пронизывающих все пространство. Диффузный спектр гамма-лучей в настоящее время измеряется спутником INTEGRAL (International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory - Международной астрофизической лабораторией гамма-излучения), который был запущен с Байконура и эксплуатируется Европейским космическим агентством.

Надо сказать, что super-WIMPs - это все-таки не простое упражнение в научном пессимизме, а изучение следствий активно развиваемых ныне теорий, которые призваны объединить квантовую механику с гравитацией (важнейший вопрос, от решения которого зависит будущее всей физики). Фенг и его коллеги показывают, что две самые популярные на сегодняшний момент теории, претендующие на то, чтобы лечь в основу будущей физики - супергравитация (supergravity), которая "вызывает к жизни" целую генерацию новых элементарных частиц, и теория Калуцы-Кляйна (Kaluza-Klein) или компактификация, которая постулирует наличие в нашем мире дополнительных скрытых измерений, - непременно требуют наличия частиц, связанных с гравитационным полем, соответственно, гравитино и гравитона.

Дело в том, что согласно принципу суперсимметрии, при перестановке бозонных и фермионных частиц физические законы должны оставаться неизменными. Отсюда следует, что у каждого бозона должна быть пара - фермион, и наоборот. Наряду с открытыми кварками-фермионами в природе должны существовать кварки-бозоны. У электрона, позитрона, нейтрино также должны быть такие пары. Еще не открытый "компаньон" должен быть у фотона - фотино (квант "спинорного света"). Некоторые суперсимметричные партнеры могут быть в миллиарды и даже в миллиарды миллиардов раз тяжелее протона. Ни космические лучи, ни один из действующих ускорителей не обладают энергией, достаточной, чтобы породить таких "тяжеловесов", возникавших, возможно, только на короткое время после Большого взрыва.

Гравитон - квант поля тяготения. Если верна теория суперсимметрии, он тоже должен обзавестись партнером, получившим название гравитино. Это квант калибровочного поля, различающего фермионные и бозонные частицы. У бозона-гравитона спин равен нулю или двум, у фермиона-гравитино - 3/2. Гравитон подобен фотону, не имеет массы и всегда движется со скоростью света. Масса гравитино, по оценкам, раз в сто больше массы протона, поэтому гравитино рождается на очень малых расстояниях, меньше 0,001 "диаметра" протона. Под его влиянием поле тяготения приобретает там совершенно новые черты - становится супергравитацией.

Эти гипотетические частицы, считают исследователи, могут обладать в точности теми свойствами, что предсказаны для super-WIMPs: большая масса, но почти нулевая склонность к взаимодействию с веществом. Утверждается, что темное вещество super-WIMP строго удовлетворяет условиям нуклеосинтеза Большого взрыва и данным по космическому микроволновому фону.

Источники:
Dark matter may be undetectable - Nature News Service
Superweakly Interacting Massive Particles - Jonathan L. Feng, Arvind Rajaraman, Fumihiro Takayama

Ссылки:
За пределами теории Эйнштейна - суперсимметрия и супергравитация - Владилен Барашенков, "Знание - сила, # 7/1987
Природа невидимой (скрытой) массы (материи) - Юрий Гнедин
Философские проблемы физики элементарных частиц - под ред. Ю.Б.Молчанова

<a href=mailto:borisov@grani.ru class=anons12>Максим Борисов</a>, 08.07.2003


новость Новости по теме