WIIKI.RU: Нейтрино сверхвысоких энергий могут быть продуктом распада сверхтяжелой темной материи

Физика - это область естествознания, наука. Она изучает самые общие и фундаментальные закономерности, которые определяют структуру и эволюцию материальн... читать далее »

Статьи по Физике

16.08.2013 16:36

Нейтрино сверхвысоких энергий могут быть продуктом распада сверхтяжелой темной материи. Физика.

Нейтринная обсерватория IceCube, находящаяся в Антарктиде на станции «Амундсен — Скотт», не так давно обнаружила нейтрино с энергиями порядка петаэлектронвольта — то есть одного квадриллиона электронвольт.

Но ни с гамма-всплесками, ни с другими событиями астрономического характера связать эти нейтрино не удалось, а потому многие задались вопросом о том, что именно породило этих рекордсменов. Чуть позже нашлись — в гораздо большем количестве — нейтрино с энергиями в десятки тераэлектронвольт (триллионов), также не связанные с гамма-всплесками, что лишь усугубило проблему.

Регистрация первых нейтрино с энергией в квадриллион электронвольт требует объяснений — и распад тёмной материи выглядит не худшим из предложенных вариантов. (Здесь и ниже иллюстрации IceCube collaboration.)

Паскаль Серпико (Pasquale Serpico) из Савойского университета (Франция) и его коллеги уточняют: проблема не только в том, что не удалось связать эти нейтрино с джетами чёрных дыр или гамма-всплесками. Даже если бы они были порождены такими событиями, то одновременно с частицами указанных энергий к Земле пришёл бы пучок нейтрино других энергий — тех, что уже регистрировались астрономами после обычных гамма-всплесков. Но следов «нормальных» нейтрино не обнаружено.

В связи с этим французские учёные выдвигают гипотезу, согласно которой эти нейтрино образовались при распаде сверхтяжёлых частиц тёмной материи с энергиями порядка петаэлектронвольт (миллион), что в миллион раз весомее одного протона. Проведя проверочные расчёты, они показали, что если гипотетическая ТМ-частица таких параметров распадётся, то из неё образуются либо нейтрино с энергией 1 ПэВ, либо набор других частиц, которые затем распадутся на нейтрино с энергиями в десятки тераэлектронвольт — как те, что были обнаружены IceCube'ом после петаэлектронвольтных.

«Этот точно воспроизводит результаты, зарегистрированные IceCube», — констатирует Паскаль Серпико.

Впрочем, эти результаты, на первый взгляд, противоречат недавним данным о том, что частицы тёмной материи сравнительно легковесны, в районе 10 ГэВ (в 100 000 легче сверхтяжёлых, предлагаемых французами).

Но, как подмечает Том Вейлер (Tom Weiler) из Университета Вандербильта (США), нет никаких теоретических причин, по которым тёмная материя не должна быть тяжёлой. Теоретики просто предпочитали не рассматривать такие варианты, поскольку они требовали более сложных механизмов образования сверхтяжёлых частиц в ранний период истории Вселенной. «Однако в данном случае природа является высшим судьёй, а не теоретики», — подчёркивает г-н Вейлер.

В целом физическое сообщество предпочло бы иметь одного кандидата в ТМ-частицы, поскольку в таком случае теоретическая ситуация была бы проще. Но, замечает Паскаль Серпико, это вовсе не значит, что ТМ-частицы не могут иметь совершенно разные массы, поэтому, вполне возможно, что кандидаты в ТМ будут представлять несколько весовых категорий.

Удастся ли детектору IceCube найти недостающие нейтрино, или же гипотеза сверхтяжёлой ТМ окажется единственным приемлемым объяснением?

Это вовсе не значит, что в будущем, при обнаружении нейтрино петаэлектронвольтных энергий, сопровождаемых нейтрино с энергиями другого диапазона, гипотеза о сверхтяжёлой ТМ не может быть опровергнута наблюдениями. Правда, если прогнозы французских физиков оправдаются, рождение наблюдательной нейтринной астрономии совпадёт с открытием части тёмной материи.

источник