Уявіть собі гігантський швейцарський годинник під Женевою, налаштований з неймовірною точністю. І раптом у ньому час від часу щось «тикає» не так — ніби хтось легенько стукає по столу під ним. Саме так, за версією двох фізиків, може виглядати слід темної матерії у Великому адронному колайдері (БАК), про який розповідає ScienceAlert.
У БАК уже багато років спостерігають дивні сигнали, які фізики жартома називають «НЛО» — не літаючі тарілки, а unidentified falling objects, невпізнані падаючі об’єкти. Офіційно їх пояснюють мікроскопічним пилом, що випадково потрапляє в протонний промінь. Але нова ідея звучить майже фантастично: цей пил може струшувати не що інше, як темна матерія, пролітаючи крізь Землю за десятки кілометрів від колайдера.
Що відомо коротко
- У Великому адронному колайдері роками фіксують загадкові збої променя, які фізики називають «НЛО».
- Зазвичай їх пов’язують із мікронними частинками пилу, що потрапляють у протонний промінь і спричиняють раптову втрату пучка.
- Фізики Сюню Лян (Xunyu Liang) та Арієль Житницький (Ariel Zhitnitsky) припускають, що пил може зрушувати темна матерія, пролітаючи поблизу.
- Вони розглядають гіпотетичні об’єкти темної матерії — аксіонні кваркові нагетси (AQN), масою аж до кілограма.
- За їхніми розрахунками, прохід AQN в межах ≈100 км від БАК міг би створити характерну серію «НЛО»-подій, яку можна знайти в уже наявних даних.
Як темна матерія може «струсити» колайдер
Темна матерія — це невидима маса у Всесвіті, яку ми «бачимо» лише за гравітаційним впливом. Вона майже не взаємодіє зі звичайною речовиною, тому її зазвичай уявляють як рій невловимих мікрочастинок, що пролітають крізь нас, не залишаючи сліду.
Лян і Житницький працюють з іншою, більш екзотичною ідеєю: темна матерія може частково складатися з щільних макроскопічних об’єктів — аксіонних кваркових нагетсів. Це не елементарні частинки, а радше крихітні «грудочки» надщільної речовини, які можуть важити до кілограма, але лишатися дуже малими за розміром.
Якщо такий нагетс пролітає крізь Землю, він, за розрахунками, створює надзвичайно слабку акустичну ударну хвилю у породі — щось на кшталт мікроскопічного землетрусу. Для людини це абсолютно непомітно, але для надточного приладу на кшталт БАК це може бути як той самий легкий «стук по столу» під годинником.
Ця хвиля, дійшовши до тунелю колайдера, могла б злегка струсити його конструкції. І цього, на думку дослідників, достатньо, щоб зрушити з місця мікроскопічну порошинку всередині системи та дозволити їй дрейфувати в протонний промінь.
Від пилу до темної матерії: як народилася ідея
Почалося все з майже випадкової деталі. Лян і Житницький вивчають AQN і дізналися, що «НЛО» в БАК пояснюють пилом розміром близько одного мікрона. Виявилося, що це приблизно той самий масштаб, який вони розглядають для своїх аксіонних нагетсів.
Спершу вони запідозрили, що загадкові «падаючі об’єкти» можуть бути самими AQN. Але розрахунки показали: збіг за розміром — лише випадковість, ця гіпотеза не працює.
Однак хибний слід породив нове запитання: якщо «НЛО» — це все ж таки пил, то чи не може AQN бути тим самим поштовхом, який вибиває цей пил у промінь? Так помилка перетворилася на повноцінну наукову ідею.
За словами дослідників, це, наскільки їм відомо, перша пропозиція використати БАК для пошуку макроскопічної, неелементарної темної матерії, а не лише мікроскопічних частинок.
Який «відбиток пальця» має лишити аксіонний нагетс
Щоб перевірити свою ідею, фізики оцінили, який сигнал мав би залишити прохід AQN поблизу БАК. Вони розглянули, як акустична хвиля від такого об’єкта могла б збурити тунель колайдера та його обладнання.
Розрахунки показали, що пов’язаний із цим «струс» пилу мав би створювати серію подій втрати променя, які виглядають як кілька «НЛО», зафіксованих одна за одною. Конкретно, йдеться про три або більше корельованих «НЛО» протягом приблизно 2 секунд, що послідовно з’являються в різних точках уздовж 27-кілометрового кільця БАК.
За оцінкою авторів, такий сигнал мав би бути приблизно у п’ять разів сильнішим за фоновий шум. Тобто, якщо він є в даних, його можна відокремити від випадкових збоїв.
Найцікавіше, що для такого пошуку не потрібно жодних нових детекторів чи модернізації. У БАК уже встановлені високочутливі монітори втрати променя, створені для захисту машини від пошкоджень. Тепер виявляється, що вони можуть бути чутливими й до явищ, для яких їх ніхто не проєктував.
Що робити далі і чому це важливо
Самі Лян і Житницький поки що не аналізували архівні дані БАК. Їхня робота — це запрошення до спільноти фізиків: переглянути вже зареєстровані «НЛО»-події та пошукати в них передбачений «відбиток» AQN.
Якщо такий сигнал вдасться знайти, це стане серйозним аргументом на користь того, що частина темної матерії може бути макроскопічними об’єктами, а не лише елементарними частинками. Це розширило б поле пошуку темної матерії, яке досі переважно зосереджене на мікроскопічних кандидатах.
Автори також припускають, що подібний підхід можна застосувати й до інших достатньо великих прискорювачів частинок. Тоді вони разом могли б утворити глобальну «акустичну» мережу детекторів, чутливу до проходження AQN крізь Землю.
FAQ
Це вже відкриття темної матерії чи лише гіпотеза?
Йдеться про теоретичну пропозицію, а не про вже зроблене відкриття. Дослідники описали, який сигнал слід шукати в даних БАК, але сам пошук ще не проведено. Поки що це цікава ідея, яка потребує перевірки.
Чим аксіонні кваркові нагетси відрізняються від «звичайної» темної матерії?
Більшість моделей темної матерії розглядають її як рій надлегких частинок, що майже не взаємодіють із речовиною. AQN, навпаки, є щільними макроскопічними об’єктами з масою до кілограма, які можуть створювати помітніші ефекти, зокрема слабкі акустичні хвилі в породі.
Чому БАК такий чутливий до настільки слабких «струсів»?
Колайдер побудований як надзвичайно точний інструмент: протонний промінь має бути стабільним, а обладнання — захищеним від будь-яких збурень. Тому в ньому встановлені чутливі монітори втрати променя, які фіксують навіть мікроскопічні події, здатні вивести промінь із ладу.
Чи може така темна матерія бути небезпечною для Землі?
У запропонованому сценарії AQN лише створюють дуже слабкі акустичні хвилі, які не становлять загрози для планети чи людей. Якщо вони й існують, їхній вплив порівнянний із мікроскопічними «поштовхами», які здатні помітити лише надточні наукові прилади.
🤯 Якщо ця ідея підтвердиться, виявиться, що ми вже роками «чуємо» темну матерію — просто сприймали її як пил у машині. Це змушує по-новому подивитися на великі наукові установки: вони можуть виявитися не лише інструментами для пошуку нових частинок, а й чутливими вухами, які вловлюють тихі шепоти невидимого Всесвіту навколо нас.