Несмотря на то, что темная материя составляет около 85% от общей массы Вселенной, ее крайне сложно обнаружить. Новое исследование предлагает уникальный способ ее изучения, используя атмосферу Земли в качестве гигантского детектора частиц темной материи, проносящихся в воздухе подобно метеорам.

Метеоры проносятся по небу Земли каждый день - но что если частицы темной материи делают то же самое? Depositphotos

Существует теория, что темная материя пронизывает весь космос и буквально сейчас окружает каждого из нас. Но почему же мы не можем ее обнаружить? Дело в том, что она невидима - она не излучает, не поглощает и не отражает свет и очень редко взаимодействует с обычной материей. Конечно, это может показаться слишком простым объяснением, но ученые уверены, что темная материя существует.

Хотя существование темной материи никогда не было доказано экспериментально, она дает о себе знать через гравитационное воздействие на звезды, галактики и скопления, движение и эволюция которых без нее не имела бы смысла. Обнаружение темной материи стало бы одним из самых важных научных открытий всех времен, поэтому неудивительно, что она является предметом множества экспериментов.

Однако проблема в том, что темная материя обладает широким спектром потенциальных свойств, включая различные формы, энергии и взаимодействия. Поэтому физики ищут темную материю путем проведения различных экспериментов, направленных на поиск сигналов, основанных на определенных характеристиках, которыми она может обладать.

В новом исследовании, проведенном учеными из Ohio State University, используется уникальный подход. Команда предположила, что, если частицы темной материи имеют большую массу, они могут иногда входить в атмосферу Земли как метеоры - и потенциально оставлять видимые следы.

Когда метеоры проносятся по небу, они оставляют за собой всплески излучений, в результате которых образуются свободные электроны. Такие "ионизирующие осадки" отражают электромагнитные волны, излучаемые радиолокационными приборами, что позволяет им обнаруживать метеоры, проносящиеся сквозь воздушное пространство. Команда, участвовавшая в новом исследовании, утверждает, что частицы темной материи тоже должны испускать сигналы, правда они будут совершенно другого рода.

Ученые описали, как могут выглядеть такие метеоры темной материи. Они предположили, что тщательный анализ может определить, действительно ли все эти радиолокационные сигналы принадлежат метеорам или некоторые из них являются частицами темной материи. Такой подход, по сути, превращает всю атмосферу планеты в один гигантский детектор темной материи.

Одним из ключевых моментов нового метода является то, что он позволяет обнаружить тип темной материи, который обычно игнорируется. Частицы темной материи могут быть очень легкими и находиться повсюду, а могут иметь огромную массу и быть относительно редкими. Большая часть экспериментов направлена на поиск первого варианта, как правило, это происходит в больших установках глубоко под землей, где нет фонового шума. Но если частицы имеют большую массу, они могут не долететь до этих детекторов. Вполне вероятно, что именно это объясняет отсутствие положительных результатов вот уже на протяжении десятков лет. Таким образом, использование новой методики позволит значительно расширить область поиска и может быть использовано другими экспериментами для перекрестной проверки любых потенциальных обнаружений.

Безусловно, пока это остается всего лишь гипотезой, хотя и весьма любопытной. В настоящее время результаты исследования находятся в препринте на сервере ArXiv (PDF).

Source: Ohio State University, ArXiv server

1. (https://arxiv.org/pdf/2209.07690.pdf)
2. (https://news.osu.edu/astronomers-create-new-technique-to-assist-in-search-for-dark-matter/)