Рекордные по чувствительности эксперименты LUX и PandaX пока не поймали частицы темной материи

Рис. 1. Рабочая емкость детектора LUX, которая будет заполнена жидким ксеноном

Рис. 1. Рабочая емкость детектора LUX, которая будет заполнена жидким ксеноном. Изображение с сайта luxdarkmatter.org

На прошедшей на днях конференции Identification of Dark Matter сразу два крупных коллектива экспериментаторов, LUX и PandaX, представили свои новые данные по прямому поиску частиц темной материи. Несмотря на рекордную чувствительность установок, неуловимые частицы так и не были зарегистрированы. Ограничения сверху на сечение рассеяния улучшены в четыре раза по сравнению с прошлым рекордом, а сами коллаборации готовятся к новым сеансам наблюдений.

Поиск частиц темной материи: краткая справка
Краткое введение См. статью Как ищут тёмную материю («Популярная механика», №3, 2016).
И как ее ищут? Пытаются уловить в подземных детекторах слабые вспышки света, возникающие словно из ниоткуда. Типичный график ограничений на сечения рассеяния
А чуть подробнее? См. первую половину новости Эксперимент LUX пока не обнаружил частицы темной материи.
И что, нашли? Пока нет; впрочем, DAMA/Libra утверждает, что видит сигнал, но подавляющее большинство считает, что это какой-то иной эффект.
Как выражается результат? В виде ограничения сверху на сечение рассеяния частиц темной материи для разных значений их массы.
Откуда такая дуга? См. задачу Детектор частиц темной материи.
Материал посерьезнее В. А. Рябов, В. А. Царев, А. М. Цховребов, 2008. Поиски частиц темной материи.

Недавние новости
2015: Подготовлен детектор крупнейшего эксперимента по поиску WIMP («N+1»).
2014: Новые данные эксперимента CoGeNT по-прежнему указывают на регистрацию частиц темной материи.
2013: Эксперимент LUX пока не обнаружил частицы темной материи.
2011: Новое доказательство существования темной материи? («Троицкий вариант»).
2009: Темное дело с темной материей («Троицкий вариант»).
2008: Эксперимент DAMA по-прежнему «видит» частицы темной материи.

Какие еще есть идеи
2015: Предложена новая идея по поиску легких частиц темной материи.
2015: Следы темной материи предложили искать в эргосфере черных дыр («N+1»).
2015: Детектор на МКС увидел аномальный избыток антипротонов («N+1»).
2015: «Ищут давно, но не могут найти…» («Троицкий вариант»).
2014: В спектрах скоплений галактик обнаружена неизвестная линия излучения и возражение на эту новость: Новые результаты не подтверждают загадочную рентгеновскую линию излучения.
2014: Предсказан новый эффект, важный для интерпретации экспериментов по поиску частиц темной материи.
2014: Как найти темную материю.
2013: Первые результаты эксперимента AMS-02 интересны, но сенсаций не принесли.
2013: Эксперимент CROWS по поиску гипотетических сверхлегких частиц дал отрицательный результат.
2008: Чтобы обнаружить темную материю, нужно наблюдать центр Галактики.

Поиск частиц темной материи: общая перспектива

Поиск частиц темной материи — это одна из критически важных задач фундаментальной физики, задача, в которой схлестнулись два направления современной науки — физика микромира и космология. Согласно астрономическим наблюдениям, во Вселенной помимо звезд, планет, и газопылевых облаков есть много темной материи — вещества, которое мы не видим напрямую ни в каком диапазоне электромагнитного спектра, но которое «кучкуется» в галактиках и их скоплениях. Эта материя должна состоять из частиц нового сорта, которым нет места в Стандартной модели элементарных частиц. Но что это за частицы, каковы их массы, из какой теории Новой физики они берутся — до сих пор неизвестно. Мы знаем лишь, что этих частиц в космосе очень много и что солнечная система, в своем полете по галактике, чувствует встречный «темный ветер», который проходит сквозь, в том числе, и Землю. Поиск частиц темной материи — это попытка уловить хоть какие-то события рассеяния этих частиц на атомах подземных детекторов.

Перспективы обнаружения частиц темной материи критически зависят от двух параметров: их массы и сечения их рассеяния на атомах обычного вещества. Оба параметра нам неизвестны и могут лежать в очень широких пределах. Тот факт, что физики пока не поймали частицы темной материи, позволяет лишь установить ограничение сверху на сечение рассеяния для разных масс, но не может полностью исключить ни один диапазон их значений.

В принципе, некоторая помощь может прийти со стороны теории. Теоретики уже разработали сотни моделей Новой физики, в которых находится место и частицам-кандидатам в темную материю. Самые популярные — это так называемые вимпы, гипотетические слабо взаимодействующие тяжелые частицы с массой порядка сотен ГэВ или ТэВ. Однако поскольку ни одна из теорий еще не получила четкого экспериментального подтверждения, их предсказания остаются пока эфемерными.

В результате уже которое десятилетие между теоретиками и экспериментаторами идет своеобразная «игра в прятки». Теоретики предлагают очередные модели Новой физики, в которых предсказывается, что детекторы вот-вот обнаружат темную материю. Экспериментаторы делают очередное героическое усилие, в разы повышают чувствительность своих детекторов — и ничего не находят. Теоретики, приняв во внимание эти данные и результаты, поступающие с коллайдеров, выдвигают улучшенные модели, в которых снова предсказывается возможность частиц темной материи на пределе чувствительности детекторов. Экспериментаторы совершают очередной рывок — но снова ничего не обнаруживают.

Рис. 2. Сводка по состоянию на 2012 год результатов экспериментов по поиску частиц темной материи

Рис. 2. Сводка по состоянию на 2012 год результатов экспериментов по поиску частиц темной материи в области масс до 1 ТэВ и предсказаний суперсимметричных моделей. Цветные линии — ограничения сверху на сечение, полученные в экспериментах с отрицательными результатами; яркие пятна — области параметров, на которые указывали эксперименты с положительными результатами; светлые пятна в нижней части диаграммы — теоретические предсказания. Изображение с сайта pdg.lbl.gov (PDF, 250 КБ)

Впрочем, в последнее десятилетие или около того в этой области наблюдалось некоторое воодушевление. Чувствительность детекторов подобралась к области на плоскости параметров, на которую указывало много теоретических конструкций, включая разные версии суперсимметричных моделей — а они у теоретиков всегда в почете. Это область масс в несколько сот ГэВ и сечений рассеяния порядка 1 зептобарна (1 зб = 10−45 см2), см. рис. 2. Новые частицы таких масс как раз ожидались в преддверии запуска Большого адронного коллайдера и, по счастливому совпадению, именно к этому диапазону наиболее чувствительны детекторы. Поэтому физики надеялись, что еще один рывок экспериментальных технологий позволит наконец-то добраться до заветных неуловимых частиц.

Последние три года

Чтобы повысить шансы на поимку частиц темной материи, надо взять детектор побольше, поместить его в условия, где нет посторонних сигналов, и долго сидеть и ждать. Поэтому две ключевые характеристики детекторов темной материи — это полная экспозиция (то есть масса чувствительного вещества, помноженная на время; обычно измеряется в кг·днях) и ожидаемый уровень ложноположительных срабатываний (он опирается на экранировку космических лучей, использование сверхрадиочистых материалов, и надежные алгоритмы разделения фоновых и сигнальных событий). Если десятилетие назад типичные массы составляли килограммы, а темп фоновых процессов оставался довольно большим, то сейчас детекторы работают уже с сотнями кг чувствительного вещества, а количество ложноположительных срабатываний не превышает нескольких в год, а иногда даже опускается до нуля.

За последнее время «вести с фронтов» регулярно появлялись в научно-популярных новостях (см. краткую справку). Из последних обновлений самым существенным было сообщение о первых результатах эксперимента LUX, самого чувствительного из детекторов темной материи с массой до тонны (Эксперимент LUX пока не обнаружил частицы темной материи, «Элементы», 31.10.2013). Эта установка была запущена в середине 2013 года, и за первый сеанс работы чистое наблюдательное время составило 85 дней. Масса рабочего вещества в центральной, самой надежной для анализа области детектора (fiducial volume) составила 118 кг, что дало полную экспозицию 10 тысяч кг·дней. В конце октября, обработав данные этого сеанса работы, физики выдали результат: частиц темной материи по-прежнему не видно, а новое ограничение сверху на сечение взаимодействия по сравнению с предыдущим рекордсменом, экспериментом XENON100, было улучшено в два и более раз.

Рис. 3. Ограничение сверху на спин-независимое сечение рассеяния частиц темной материи

Рис. 3. Ограничение сверху на спин-независимое сечение рассеяния частиц темной материи с массой от 2 до 1000 ГэВ на нуклоне. Кривая LUX 2014 — исходный результат LUX по данным первого сеанса работы в 2013 году; черная жирная линия — результат обновленного анализа тех же данных; зеленая и желтая полосы — области, в которых, как ожидалось на основе моделирования, должна была пройти эта кривая. Прочие цветные линии — результаты других экспериментов по поиску частиц темной материи. График из статьи D. S. Akerib et al., 2016. Improved Limits on Scattering of Weakly Interacting Massive Particles from Reanalysis of 2013 LUX Data

Интересно, что, хотя публикация LUX с этими данными вышла еще в начале 2014 года, члены коллаборации продолжали оптимизировать методику обработки данных и оценку фоновых процессов. За прошедшее время они научились еще лучше калибровать детектор (в особенности, с помощью новой методики, использующей бета-распад трития, см.: D. S. Akerib et al., 2016. Tritium calibration of the LUX dark matter experiment), оптимизировали алгоритм восстановления событий, набрались опыта в понимании фоновых событий, вызванных процессами на стенках рабочего объема. Всё это позволило им улучшить чувствительность детектора примерно на 20% для тяжелых частиц темной материи, и в разы — в области масс ниже 10 ГэВ (рис. 3). Нижняя граница чувствительности сместилась ниже 4 ГэВ, что изначально для ксеноновых детекторов не предполагалось. Статья с окончательным анализом данных 2013 года и уже с экспозицией 14 тысяч кг·дней была опубликована совсем недавно, в апреле этого года (D. S. Akerib et al., 2016. Improved Limits on Scattering of Weakly Interacting Massive Particles from Reanalysis of 2013 LUX Data).

Новые результаты

С технической точки зрения, первые результаты LUX продемонстрировали прекрасную работоспособность установки и алгоритмов анализа данных, поэтому оставалось только запастись терпением и продолжать набор данных. Новый сеанс LUX стартовал 11 сентября 2014 года и завершился уже в этом году, 3 мая. Чистое наблюдательное время за этот период составило 332 дня, поскольку время от времени наблюдения перемежались регулярными сеансами калибровки детектора. Объем надежной области детектора был выбран чуть поменьше, что дало массу примерно 100 кг, и полная экспозиция за весь сеанс наблюдений составила 33,5 тысяч кг·дней. Тем не менее, это втрое превысило экспозицию первого сеанса.

Параллельно с этим продолжали строиться, развиваться, и постепенно выходить из тени LUX другие детекторы частиц темной материи. Так, китайский детектор PandaX, также использующий в качестве чувствительного вещества жидкий ксенон, провел в 2014 году первый скромный сеанс работы и установил ограничение сверху, которое тогда еще на порядок уступало результатам LUX. Однако в прошлом году физики существенно нарастили объемы установки, резко снизили фон, и с марта по июнь 2016 года провели новый сеанс набора данных (PandaX-II, Run 9). Благодаря большей, чем у LUX, массе рабочего вещества (полная масса — полтонны, надежная — 300 кг), полная экспозиция PandaX-II за такой короткий период сравнялась с LUX и составила 33,2 тысячи кг·дней.

На конференции Identification of Dark Matter, прошедшей с 18 по 22 июля в Шеффилде, Великобритания, оба коллектива представили предварительные данные со своих последних сеансов работы. Оба детектора зарегистрировали несколько сотен (PandaX) и тысяч (LUX) событий-кандидатов, однако все они либо демонстрировали характеристики, типичные для распадов радиоизотопов, либо происходили вблизи границ детектора. Из всех событий PandaX только одно прошло все критерии отбора, — и то, оно было на грани допустимого. В случае LUX после отсева фона вообще не осталось ни одного события в сигнальной области. Таким образом, частицы темной материи не были найдены ни в одном из этих рекордных по чувствительности экспериментов.

Рис. 4. Новые ограничения сверху на спин-независимое сечение рассеяния

Рис. 4. Новые ограничения сверху на спин-независимое сечение рассеяния по данным первого наблюдательного сеанса PandaX-II (слева) и полного двухлетнего сеанса LUX (справа). Изображения из обсуждаемых презентаций

Отрицательный результат обоих экспериментов позволил установить еще более жесткие ограничения сверху на сечение рассеяния частиц темной материи на нуклонах (рис. 4). Показанные здесь кривые отвечают предположению, что сечение рассеяния не зависит от спина; обе коллаборации обещают в будущем показать ограничения и на спин-зависящие сечения. Эксперимент PandaX-II вдвое улучшил предыдущий результат LUX (рис. 4, слева), однако коллаборация LUX тут же перебила это достижение (рис. 4, справа). Самое жесткое ограничение было установлено для масс порядка 40–50 ГэВ и составило 0,27 зб для PandaX-II и 0,22 зб для LUX. Для более тяжелых частиц, с массой 200–300 ГэВ, оба эксперимента закрыли сечение выше 1 зб. Если теперь вновь взглянуть на рис. 2, то можно увидеть, что установки PandaX и LUX вторглись глубоко в область предсказаний суперсимметричных теорий и принялись безжалостно закрывать существенные куски ожидаемого пространства параметров.

Планы на ближайшие годы

Что касается планов на будущее, то тут пока остается широкое поле для улучшений. Во-первых, PandaX-II продолжит набор данных и собирается увеличить экспозицию в несколько раз. Во-вторых, в марте этого года начал набор данных новый эксперимент XENON1T, тоже ксеноновый детектор с массой рабочего вещества в надежном объеме детектора в одну тонну. При таких масштабах физики ожидают к 2018 году спуститься вниз по шкале сечений еще на порядок, вплоть до 0,02 зб, а еще через несколько лет — достичь 0,002 зб. Наконец, хотя эксперимент LUX свою работу завершил, у коллаборации уже имеются планы по существенной модернизации установки (D. S. Akerib et al., 2016. LUX-ZEPLIN (LZ) Conceptual Design Report). Новый детектор LZ будет содержать аж 10 тонн жидкого ксенона (5 тонн — в надежном объеме детектора), и, когда он вступит в строй в 2020 году, он станет самой чувствительной установкой по поиску тяжелых частиц темной материи.

Рис. 5. Достигнутые и планируемые (по состоянию на 2013 год) ограничения сверху на сечение рассеяния частиц темной материи с обычным веществом

Рис. 5. Достигнутые и планируемые (по состоянию на 2013 год) ограничения сверху на сечение рассеяния частиц темной материи с обычным веществом. Изображение из статьи D. Bauer et al., 2013. WIMP Dark Matter Direct Detection

На рис. 5 приведена сводка достигнутых и ожидаемых ограничений сверху в области масс порядка ГэВ и ТэВ. Видно, что при дальнейшем увеличении экспозиции можно будет усилить нынешние ограничения на 2–3 порядка — дело лишь за техникой. Однако затем на пути к повышению чувствительности встанет более серьезная преграда — когерентное рассеяние нейтрино различного происхождения (солнечных, атмосферных, космических) на атомных ядрах. Регистрация этого рассеяния, конечно, интересна сама по себе, но для задачи поиска частиц темной материи оно будет фоном. Как отличить его от ожидаемого сигнала — сложная и пока не решенная задача. Сейчас она еще не сильно актуальна, но, если в течение следующего десятилетия частиц темной материи по-прежнему не будет видно, эта техническая задача встанет в полный рост.

Источники:
1) Aaron Manalaysay (for the LUX Collaboration), Dark-matter results from 332 new live days of LUX data // доклад на конференции Identification of Dark Matter (18–22 июля, Шеффилд, Великобритания), PDF, 14 Мб.
2) Xiangdong Ji (for PandaX Collaboration), First DM Search Result from the PandaX-II 500kg LXe Detector // там же, PDF, 2,6 Мб.

Игорь Иванов


38
Показать комментарии (38)
Свернуть комментарии (38)

  • VICTOR  | 27.07.2016 | 11:10 Ответить
    Это сечение рассеяния в области свыше 1 ТэВ растет, но все ещё очень мало? То есть скажем в БАКе протоны скорее будут взаимодействовать с неидеальным вакуумом, а не с темной материей?
    Ответить
    • Игорь Иванов > VICTOR | 27.07.2016 | 11:46 Ответить
      Не сечение растет, а ограничение на сечение становится более слабым, см. задачку на Элементах, на которую стоит ссылка наверху.
      Ответить
  • Rattus  | 27.07.2016 | 13:40 Ответить
    > Однако затем на пути к повышению чувствительности встанет более серьезная преграда — когерентное рассеяние нейтрино различного происхождения

    Хм, а как сейчас обстоит дело с гипотезой, что какая-то часть ТМ - это нейтрино и есть? А нельзя ли и всю ТМ списать на них, например?
    Ответить
    • Игорь Иванов > Rattus | 27.07.2016 | 13:44 Ответить
      Какие-нибудь новые тяжелые стерильные — пожалуйста. Но те, которые мы знаем, не подойдут, они слишком легкие, см. задачку http://elementy.ru/problems/310/Sverkhlegkie_chastitsy_temnoy_materii.
      Ответить
      • n.p.duel > Игорь Иванов | 14.08.2016 | 13:50 Ответить
        Эти экспернименты по замыслу и результатам полностью эквивалентны экспериментам учёного племени мумбо-юмбо, разрабатывающего гипотезу, что осенний лист падает с дерева по зигзагообразной траектории потому, что лист сплющивает пространство-время в гармошку. Сколько бы не повышало племя точность своих экспериментов, сплющиваемость пространства-времени осенним листиком им обнаружить не удастся. то же будет и с экспериментами LUX и ParandaX.
        Ответить
        • Bul-Bic > n.p.duel | 21.08.2016 | 14:18 Ответить
          Николай Петрович, ну зачем Вы оскорбляете и наших учёных и учёных уважаемого племени мумбо-юмбо. Согласитесь, что право на эксперимент имеет любой научный коллектив, особенно если ставит перед собой такую великую задачу, как найти такую вредную и неуловимую тёмную сущность, как ТМ. Вы же понимаете, что ситуация с каждым днём вокруг этой чёрной кошки становить не просто напряжённой, а даже неприличной: придуманная на кончике пера 1/4 часть материи Вселенной, вписанная в десятки уравнений, схем и графиков при построении современной стандартной модели устройства нашего с Вами Мира и до сих пор ничем и никем не найденная...это же не просто невиданный до селе нонсенс, но и грандиозный скандал! Пахнет жареным, вернее палёным и если ещё лет через 15-20 кошку не поймают, то ...кто-то будет наказан, а кого-то лишать сладкого и поставят в угол! Поэтому дело не в экспериментах а-ля "тумбо-юмбо", а в престиже нашей науке! А по-моему, в такой патовой ситуации даже отказ от ТМ сыграет на руку физической науке, ведь говорят же учёные, что отрицательный результат, такой же положительный для науки в целом результат, т.к. закрывает ещё одну часть поля неведомого и стимулирует мысли учёных на поиски в других областях! Вот бы о чём поговорить на этой великолепной дискуссионной площадке: ведь наверняка есть альтернативные видения скрытой материи, который лишены таких невероятно фантасмогорических свойст, как у ТМ.
          Ответить
  • Angl  | 27.07.2016 | 14:55 Ответить
    А есть ли теории, что частицы ТМ испытывают гравитационное отталкивание между собой (и притяжение к нормальной материи)? Это может объяснять то, что они хотя и "кучкуются" вокруг массивных объектов, тем не менее не собираются компактно (в т.ч. не падают в черные дыры после достижения определенного количества темных частиц в ней).
    Ответить
    • VICTOR > Angl | 27.07.2016 | 16:21 Ответить
      Для отталкивания частиц нужны физические причины. Можно ввести частицы отрицательной массы и подставить их в уравнения ОТО. Но подойдут ли такие свойства частиц для описания свойств темной материи на масштабах от нашей Галактики до Вселенной?
      Ответить
    • Игорь Иванов > Angl | 27.07.2016 | 16:58 Ответить
      Вас же не удивляет, что гелий вплоть до 4 кельвинов остается газом и не сжижается? У инертных газов межатомное взаимодействие хиленькое, вот атомы никак и не сконденсируются. А теперь представьте, если взаимодействие между частицами ослабнет еще на десятки порядков. То-то и оно.
      Ответить
    • nicolaus > Angl | 27.07.2016 | 19:21 Ответить
      Лучше будет работать идея, когда частицы темной материи отталкиваются от самих себя и от частиц светлой материи. В этом случае обычное вещество выдавит темную материю из области галактики. С другой стороны, отрицательная гравитация с периферии галактики будет давить на вещество внутри галактики. Поэтому, частицы темной материи и не падают в черные дыры, не кучкуются в центре галактики и их невидно в окрестностях Солнца (что подтверждают исследования, приведенные в обсуждаемой статье). Давление будет максимально в периферийных областях галактики, поэтому там аномально увеличивается скорость вращения обычного вещества. :)
      Ответить
  • Вячеслав Рогожин  | 27.07.2016 | 15:49 Ответить
    Занятно, если не только в электромагнитном, а и в слабом взаимодействии эти частицы не участвуют. Тогда взаимодействий для рассеяния реально только два. Причем по обоим, если я правильно понимаю, рассеяние может иметь фактически только упругий характер - с гравитонами это очевидно, с заряженными пи-мезонами не катит из-за законов сохранения. Так что здесь годится либо пи0 мезон (собственно, на выходе никакого изменения самих по себе частиц, ни барионов, ни темной материи, так что можно рассматривать, как вариант упругого рассеяния). С глюонами же - та же шляпа, что и с пи0-мезоном. А чисто упругое рассеяние засечь крайне трудно - и сечение крайне мало, да и к тому же никаких вспышек. Разве что от вторичной ионизации - но её ждать не приходится, ибо скорости разлета при солидной массе частиц темной материи далеки от световой.
    Ответить
    • Скеп-тик > Вячеслав Рогожин | 28.07.2016 | 20:38 Ответить
      Темная материя не может одновременно не участвовать в электромагнитном и слабом взаимодействии. Поскольку гравитационная (= инерционная) масса возникает по механизму Хиггса - нарушение симметрии электрослабого взаимодействия. А где есть нарушение электрослабого взаимодействия, должно быть взаимодействие с обычным веществом (нуклонами) со вспышками.
      Другое дело, что ТМ может и не потребоваться. Открытие у Туманности Андромеды гало из красных гигантов (а красный гигант - конечная стадия жизни звезд типа Солнца или чуть массивней) дает нам сотни миллиардов звёзд за пределами видимого диска галактик из карликовых звезд (белых, красных, оранжевых и желтых). И половина "темной материи", возможно, уже сейчас непотребна. А запуск "Уэббера" может вообще закрыть ТМ.
      Ответить
      • Игорь Иванов > Скеп-тик | 29.07.2016 | 13:32 Ответить
        Вы, видимо, застряли на раннем этапе знакомства с проявлениями темной материи. Кривые вращения в галактиках — лишь одно из многочисленных свидетельств в пользу ТМ.
        Ответить
        • Скеп-тик > Игорь Иванов | 29.07.2016 | 22:15 Ответить
          Так гало из незаметных карликовых звезд может вполне совпадать с теоретическим распределением ТМ, тем более, плазмы там нет, и магнитному полю нечего тормозить при взаимодействии галактик, чтобы сделать скрытую массу видимой.
          Видим-то области звездообразования, а тихих спокойных оранжевых и красных карликов не видим даже в упор (ну, до 400 св. лет, а далее редкая удача, если такой "карлик" а тем более коричневый или белый, входит в состав двойных звезд).
          Ответить
          • Bul-Bic > Скеп-тик | 12.08.2016 | 23:17 Ответить
            Вы хотите сказать, что таким образом можно объяснить мир без тёмного вещества? А как же сотни и тысячи научных трудов, книг и прочих усилий лучших умов планеты? Ведь они так же имеют право на свои образы и теории, где вашим карликам нет никакого места.
            Ответить
      • Bul-Bic > Скеп-тик | 12.08.2016 | 23:22 Ответить
        Вообще-то с вами трудно не согласиться, но настораживает только одно: вы как-то лихо рубите сук, на котором столько лет так тесно расселись столько учёного люда! А как быть с ними, ведь без ТМ и ТЭ - им не будет места не только на этом суке, но вообще под солнцем.
        Ответить
  • VladTmb  | 27.07.2016 | 17:04
    Комментарий скрыт
    • Bul-Bic > VladTmb | 21.08.2016 | 14:59 Ответить
      "...Когда материя структурирована, ее называют веществом, а если нет (силовое поле) то — энергией..."
      Но разве квантами полей не являются те же самые частицы материи - вещества? Ну свойства у них разные, спины там, заряды, моменты...но это разве принципиально? Вообще-то многие из определений, введённые человеками чисто для удобства исчисления мира, в природе просто не существует: например, такой величины, как работа, температура, энергия, упругость, трение, преломление и тп, и тд! Существуют лишь масса, заряд, размер, время и то, в отношении последнего я скорее не уверен, чем наоборот! Вот и пляшите из этих соображений, когда излагаете философские мысли об устройстве Нашей Реальности, а всё остальное предоставьте физикам-экспериментаторам для подтверждения Ваших тонких умственных построений.
      Ответить
  • Athei  | 28.07.2016 | 00:09 Ответить
    Правильно я понимаю, что для захода в область более легких частиц темной материи нужно не повышать чувствительность детекторов, а переходить на более легкие элементы? Можно ли сделать детектор из, скажем, жидкого водорода, или нужен обязательно благородный газ?
    Ответить
  • rrr2  | 28.07.2016 | 19:55 Ответить
    А что за "ветер" ощущается Солнечной системой? Обычно говорят о специфике собственного вращения галактик - которая согласуется со скрытой массой.
    Ответить
    • VICTOR > rrr2 | 29.07.2016 | 00:00 Ответить
      Предположим, что Солнце все же имеет какое-то движение относительно общей скорости вращения Галактики, в то время как темная материя имеет более равномерное распределение по скорости и не зависит от локального влияния Солнца.
      Ответить
      • Игорь Иванов > VICTOR | 29.07.2016 | 15:10 Ответить
        > Предположим, что Солнце...

        Это не надо предполагать. Вполне хорошо измерено как абсолютное движение Солнца в галактике, так и движение относительно ближайшего звездного окружения.

        О чем можно строить предположения, так это о пространственном распределении ТМ в галактике, о локальной плотности ТМ в окрестности солнечной системы, и о распределении ТМ по скоростям (но оно, конечно, не «равномерное», как вы написали). На этот счет есть модели. В частности, один из возможных вариантов — предположение о том, что локальная плотность ТМ в окрестности солнечной системы меньше среднегалактического (это то, что вы упомянули в комменте внизу). Но это именно что предположение, и оно не имеет никакого отношения к космологическим свидетельствам в пользу ТМ.
        Ответить
  • vvbr  | 28.07.2016 | 21:34 Ответить
    Ну, JWST скорее всего закроет в ту или иную сторону все потуги в поиске ТМ, либо подтвердит что она вовсе не нужна, либо докажет что без неё никак. Много аргументов есть, что необходимость вводить ТМ - это чистый артефакт. Внутренняя убежденность тоже растет.
    Ответить
  • akb  | 28.07.2016 | 23:18 Ответить
    Нелегко найти темную "кошку" в темных глубинах космоса, особенно если её там нет. ))
    Ответить
    • Игорь Иванов > akb | 29.07.2016 | 13:29 Ответить
      Сколько ни давай ссылки на обзоры многочисленных свидетельств в пользу темной материи, на наблюдательные данные, которые в совокупности ничем другим не описать — упёртый читатель все равно будет пролистывать их мимо и повторять вот эти самые слова, изображая из себя «незашоренный взгляд со стороны».
      Ответить
      • VICTOR > Игорь Иванов | 29.07.2016 | 14:08 Ответить
        Пару утверждений нашел.

        1. Ссылку на источник потерял.
        "В рамках стандартной модели гало для частиц темной материи считается, что темная материя как целое в галактике не вращается..."

        2. Тут к сожалению тоже, но упомянут автор - Christian Moni Bidin.
        "Полученные результаты показали, что в исследованной области пространства масса тёмной материи, приходящейся на единицу объёма, приблизительно равную земной сфере, составляет 0,00±0,07 килограммов. В то же время теория предсказывает, что средняя масса должна быть в пределах от 0,4 до 1,0 килограмма."
        Ответить
        • Игорь Иванов > VICTOR | 29.07.2016 | 15:05 Ответить
          И к чему это?
          Ответить
      • akb > Игорь Иванов | 02.08.2016 | 12:12 Ответить
        Просто я считаю, что нет необходимости плодить новые темные сущности - для этого много ума не надо.
        Сами частицы темной материи никто не наблюдал. А наблюдаемое якобы их взаимодействие с обычной материей может оказаться результатом неучтенных гравитационных эффектов. Например, это запаздывание потенциала взаимодействия (как результат предельности его скорости), приводящее к тому, что любая масса, двигающаяся по инерции должна двигаться с постоянным ускорением. Вот вам и результат разгона космических частиц и звезд на больших масштабах расстояний и, возможно, планет - на малых.
        Ответить
        • Kyu > akb | 04.08.2016 | 10:30 Ответить
          В данном случае не имеет никакого значения,существуют или нет более "эффективные" или "правильные" пути.
          Смысл явления совсем в другом.
          Есть переизбыток Рабочей Силы (РС) в одной области и Сложная Проблема (СП) в другой. По счастливому стечению обстоятельств, СП проявляется лишь в опосредованных наблюдениях, а специализация РС состоит в придании смысла опосредованным методам анализа. Эта ситуация порождает взрыв активности. Как и всякий свободный поиск, эта деятельность практический полностью бесплодна, но вдруг что-то найдут.
          Ответить
  • dims  | 01.08.2016 | 21:31 Ответить
    Интересно, спасибо.

    1) А существуют ли теории, которые модифицируют не ньютоновкую, а эйнштейновскую гравитацию? Например, если предположить, что масса галактики увлекает своим вращением пространство-время гораздо сильнее, чем по ОТО, то этим можно было бы объяснить кривые вращения.

    2) А что такое когеретное рассеяние нейтрино? Нельзя ли с помощью этого эффекта сделать "малоформатный" детектор нейтрино? Или всё равно тонно-дни и никак иначе?
    Ответить
    • Gli4i > dims | 06.08.2016 | 12:12 Ответить
      Практически все альтернативные теории именно её и модифицируют. Другое дело, что в области слабого гравитационного поля (а оно везде, где речь идёт не о чёрных дырах и ранней Вселенной, слабое) и нерелятивистских скоростей любую теорию можно привести к виду, определяющемуся некоторым небольшим набором параметров — пост-ньютоновский параметрический формализм. Фактически, это разложение силы в ряд Тейлора по малым параметрам (скорость много ниже световой, гравитационный потенциал мал). Пост-, потому что в чистой ньютоновской теории все эти параметры равны нулю. В ОТО несколько из них равны единице, в других теориях гравитации значения могут быть совсем другие.

      Вот в рамках этого формализма и проверяют альтернативные теории гравитации. Естественно, разные теории могут давать один и тот же набор параметров в ПНПФ и коренным образом отличающееся поведение в области сильных полей, например, РТГ Логунова, насколько я помню, совпадает с ОТО в ПНПФ.

      Вообще, на эту тему есть классическая книга Уилла "Теория и эксперимент в гравитационной физике". Но и на "Элементах" популярные статьи были.
      Ответить
      • dims > Gli4i | 07.08.2016 | 22:42 Ответить
        Так есть ли среди альренативных теорий гравитации такие, которые вносили бы поправки именно в гравимагнитное взаимодействие так, чтобы кривые вращения галактик объяснялись увлечением во вращение массой галактики? Поскольку поправка в таком случае будет касаться только гравимагнетизма, то в ньютоновском приблежении поправок не будет вообще.
        Ответить
  • akb  | 06.08.2016 | 04:19 Ответить
    "Поиск частиц темной материи — это одна из критически важных задач фундаментальной физики, задача, в которой схлестнулись два направления современной науки — физика микромира и космология."
    ----------------------------------
    Разве космология (или космологи) ищет частицы темной материи и, вообще, что-либо материальное?
    По-моему она лишь описывает эволюцию Вселенной на основе имеющихся законов физики и строит модели ее развития на основе существующих физических теорий.
    Ищет, очевидно, астрофизика, вернее сказать, астрофизики.
    Ответить
    • Игорь Иванов > akb | 06.08.2016 | 13:28 Ответить
      Космология в изучении ТМ тоже непосредственно участвует, т.к. формирование крупномасштабной структур в ранней вселенной и эволюция нынешней очень сильно зависят от наличия ТМ. Можно сказать, что космология участвует в постановке проблемы, но она, конечно, не занимается поиском частиц, вы правы. В этой фразе лучше всего подошло бы «физика мегамира», но тогда потребовалось бы объяснять, что имелось в виду, и получилось бы неоправданно долго для этой фразы. Я посчитал, что большого вреда не будет при такой формулировке.
      Ответить
      • Bul-Bic > Игорь Иванов | 12.08.2016 | 23:11 Ответить
        Когда в 1922 году астрономы Джеймс Джинс и Якобус Каптейн, которые исследовали движение звёзд в нашей Галактике, придумали тёмную материю для объяснения периферийной динамики галактических тел, непонятным образом отличавшейся от известной на тот момент Кеплеровской (которая, кстати, описывала кинематика небесных тел в иных системах – в звёздных), астрономы, пренебрегая принципом бритвы Оккамы, не только выпустили из ящика Пандоры на волю ещё одну тёмную сущность, но и породили прецедент, который привёл сегодня к таким плачевым последствиям. Не находя противодействия, тёмные сущности стали плодить всюду, где учёные были не в состоянии быстро объяснить ту или иную нестыковку стандартных моделей с наблюдательными данными! Так сталось со скалярным полем – тёмной энергией, которой приписали диаметрально противоположное свойство - отрицательное давление, с тем что бы объяснить теперь диаметрально противоположное свойство – ускоренное расширение уже самой Вселенной! Много лет учёные всей планеты безрезультатно бьются над поисками этих двух неуловимых сущностей, а теоретики продолжают строить свои стандартные модели таким образом, будь-то эти фантомы пойманы и объяснены! Игорь, согласитесь, что теперь у каждого молодого учёного появилось основание «делать как мы»: ведь породить новую пятую и десятую тёмную сущность не представляет никакого труда и он, этот добросовестный ученик своих недальновидных учителей, обязательно этим правом на фантазм ума воспользуется! Вот, например, сегодня я лично занимаюсь разработкой теории пульсирующей инфляции, правда для этого мне пришлось не открывать новую сущность, а модернизировать старую: я ввёл пульсирующее скалярное поле, которое переключается «туда-сюда» в зависимости от неких внешних условий растяжения Вселенной и соотношения в ней 4-х известных взаимодействий, а так же сущности в роли переключателя только что открытого нового взаимодействия, нового поля – поля Хиггса! И это открытие мне пришлось как нельзя кстати, поскольку теперь у меня в руках – очень важный козырь и моя теория пульсирующей инфляции, а за ней и пульсирующей Вселенной близка к завершению! Игорь, как Вы думаете, сможет ли теперь научное сообщество, столь глубоко оплодотворённое этими тёмными бестиями, освободиться от больших (в теоретическом плане), но не совсем корректных (в логико-философском плане) достижений и не появится ли некий мессия и в попытке спасти земную физическую науку, не отменит ли теор. Открытия последних лет?…естественно, если в течение ещё двух-трёх десятилетий попытки учёных не увенчаются открытием частиц ТМ – вимпов и квантов ТЭ – энергии вакуума, на роль которой сегодня теоретики пророчат некую новую силу - "квинтэссенцию" и "фантом". Но здесь – непочатый край работы и в первую очередь – теоретической, поскольку рано или поздно надо спасать положении с фактом ненаблюдения ТМ и ТЭ.
        Ответить
        • Dr.Dark Energy > Bul-Bic | 14.08.2016 | 04:49 Ответить
          Мессия Топоров!
          Ответить
  • Bul-Bic  | 12.08.2016 | 23:32 Ответить
    Я занимаюсь вопросами космологии, той её части, где идёт речь о космогонии - генезисе Вселенной! Дело в том, что до открытия бозона Хиггса там было всё более-менее замечательно: СМ была как никогда крепка, ТБВ доминировала над всеми прочими, обработанные данные обсерваторий WMAP и PLANK дали точный долевой расчёт - распределений всех видов материи и энергии во Вселенной, а тут - дополнительная масса - масса поля Хиггса! Что с ней делать? Ведь это поле очень массивно и его массу надо как-то учитывать в общем балансе массы-энергии! Думаю, надо каким-то образом попробовать это сделать за счёт уменьшения доли...наверное...ТМ, т.к. 23% - это многовато! Можно ли это число свести, скажем, к 10-12 %%?
    Ответить
    • Игорь Иванов > Bul-Bic | 13.08.2016 | 01:57 Ответить
      Пожалуйста, примите к сведению, что этот сайт, включая комментарии к новостям, не место для рекламы своих псевдонаучных взглядов. Правила модерации комментариев к моим новостям описаны здесь: http://igorivanov.blogspot.com/p/elementy-comments.html
      Вы можете, конечно, протестовать, на основании чего я, не ознакомившись с вашими трудами и не ответив на ваши вопросы, сразу начал навешивать ярлыки, — это повторяли десятки людей до вас. Ваших двух комментариев мне хватило. Будет лучше, если бы найдете другую площадку для обсуждений своих альтернативных взглядов.
      Ответить
  • Mad_Max  | 24.08.2016 | 16:11 Ответить
    "В результате уже которое десятилетие между теоретиками и экспериментаторами идет своеобразная «игра в прятки». Теоретики предлагают очередные модели Новой физики, в которых предсказывается, что детекторы вот-вот обнаружат темную материю. Экспериментаторы делают очередное героическое усилие, в разы повышают чувствительность своих детекторов — и ничего не находят. Теоретики, приняв во внимание эти данные и результаты, поступающие с коллайдеров, выдвигают улучшенные модели, в которых снова предсказывается возможность частиц темной материи на пределе чувствительности детекторов. Экспериментаторы совершают очередной рывок — но снова ничего не обнаруживают."

    Прятки? Больше похоже на другую "игру". С морковкой и осликом :)
    Ответить
Написать комментарий

Другие новости


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»