Почему один отскок в детекторе может объяснить тёмную материю и массу нейтрино ✛
В подземной лаборатории в Южной Дакоте стоит бак с десятью тоннами жидкого ксенона, который ждёт, когда сквозь него пролетит частица тёмной материи. За 60 дней наблюдений детектор зарегистрировал один-единственный ядерный отскок с энергией 248 кэВ. Этот удар оказался слишком сильным для обычного фона, и учёные ищут объяснение.
Новая модель предлагает взглянуть на событие как на прыжок тёмной материи на верхнюю ступеньку лестницы. Лестница состоит из двух почти одинаковых частиц с крошечной разницей масс. Когда лёгкая частица налетает на ядро ксенона, она переходит в более тяжёлое состояние, отдавая энергию ядру. Именно такой переход объясняет зарегистрированный отскок. Упругое рассеяние запрещено, потому что частица совпадает со своей античастицей, поэтому остаётся только неупругий канал.
Самое интересное, что лестница построена тем же механизмом, что даёт массу нейтрино. В модели появляется скалярный триплет — три поля, объединённые внутренней симметрией. Этот триплет расщепляет псевдодираковские состояния и одновременно генерирует малые массы нейтрино. Получается, что один и тот же механизм отвечает и за поведение тёмной материи, и за массы нейтрино. Будущие эксперименты, такие как DARWIN, смогут проверить эту идею.
Энергия отскока 248 кэВ примерно в 50 раз больше типичных тепловых энергий при комнатной температуре, но для ядра ксенона это всё ещё очень слабый удар: скорость ядра после столкновения составила бы лишь около 0.1% скорости света.
Идея тёмной материи, расщеплённой на два почти вырожденных состояния, напоминает концепцию «тёмных близнецов» из романов Грега Игана, где невидимое вещество имеет собственную сложную структуру, влияющую на видимую материю через редкие взаимодействия.