Пинг-понг с невидимкой: нейтрино ищут тёмную материю

Невидимая тёмная материя — одна из величайших загадок физики. Мы знаем, что она есть, потому что видим, как она притягивает звёзды: ещё Вера Рубин заметила, что галактики вращаются слишком быстро, а Фриц Цвикки первым заговорил о скрытой массе. Считается, что тёмная материя появилась сразу после Большого взрыва, в эпоху, которую начал описывать Жорж Леметр. Чтобы её поймать, учёные применили хитрость. Представьте тёмную комнату с невидимым котом. Если кидать туда шарики для пинг-понга — это космические лучи, в основном ядра водорода, — то изредка шарик ударит кота и раздастся тихий звон. Этот звон — нейтрино, частицы-призраки, которые мчатся почти со скоростью света и почти ни с чем не взаимодействуют. Особенно много таких «звонов» должно исходить из центра Галактики, где в окружении тёмной материи дремлет сверхмассивная чёрная дыра.

Вооружившись 13 годами данных нейтринного телескопа ANTARES, установленного на дне Средиземного моря, исследователи «прослушали» Галактический хребет. Они распределили нейтринные сигналы по энергиям — совсем как спектроскопия раскладывает свет в радугу, — и сравнили их с тем, что ожидалось от столкновений с тёмной материей. Явного избытка не нашлось, а это уже результат: он позволил поставить жёсткий верхний предел на силу взаимодействия. Такой подход напоминает транзитный метод поиска планет, где ловят крошечное мерцание звёзд, только здесь ищут не ослабление, а всплеск. В отличие от космического телескопа «Хаббл», который видит Вселенную в привычном свете, нейтринные телескопы смотрят сквозь газ и пыль, и вместе с будущими наблюдениями гравитационных волн могут сложить полную картину. Пусть в основе столкновений и лежат квантовые корреляции, решающую роль сыграли точные модели и многолетняя статистика.