Тёмная погода: как Земля помогает увидеть невидимое ✛
В девять утра подземный детектор в Италии улавливает слабую вспышку. К вечеру таких вспышек становится почти вдвое меньше. Это не сбой, это «тёмная погода».
Так проявляет себя тёмная материя — невидимое вещество, которое не излучает свет, но притягивает звёзды. Оно пронизывает Землю постоянно. Но когда частица пролетает сквозь горную породу, она может столкнуться с ядром атома и потерять энергию. Утром детектор смотрит прямо навстречу галактическому ветру из этих частиц — им нужно пройти всего несколько сотен километров. К ночи Земля поворачивается, и частицам приходится пробивать всю планету насквозь — 12 700 километров. Многие застревают, и поток слабеет. Вращение Земли каждый день меняет силу этого невидимого дождя.
Сам детектор регистрирует частицы иначе. Они могут выбить электрон из атома аргона, и тот оставляет электрический сигнал. Этот сигнал говорит о взаимодействии через электрические силы (электромагнетизм). Но путь сквозь Землю зависит от другого — от столкновений с ядрами. Сравнивая утренние и вечерние сигналы, учёные разделяют эти два типа взаимодействия. В Стандартной модели — наборе правил, описывающих знакомые частицы, — для тёмной материи места нет. Одна из гипотез вводит тёмный фотон — частицу-посредника, похожую на обычный фотон, но из тёмного мира. В такой модели сила взаимодействия с электронами и с ядрами жёстко связана. Любое отклонение от этой связи станет намёком на более сложную физику.
Компьютерное моделирование показало, что форма суточного сигнала очень чувствительна к ядерному рассеянию. Анализ данных детектора DarkSide-50, проведённый без учёта времени суток, уже дал жёсткое ограничение: ядерное взаимодействие должно быть слабее определённого порога. Будущие детекторы, работающие годами и расставленные в разных частях света, смогут читать «тёмную погоду» так же, как синоптики читают облака.
Каждые сутки Земля сама ставит эксперимент. Детектор под горой Гран-Сассо прилежно записывает утренние и вечерние сигналы. И однажды этот суточный пульс расскажет не только о «погоде» под землёй, но и о том, как устроена Вселенная.
Разница в пробеге утренних и вечерних частиц тёмной материи достигает 12 000 километров — это как расстояние от Москвы до Владивостока и обратно.
В романе Лю Цысиня «Тёмный лес» цивилизации прячутся друг от друга. Здесь Земля не прячет, а помогает «подсветить» тёмную материю, делая её чуть заметнее.