Вместо темной материи найдена темная энергия — раньше ее никто не видел

В статье, опубликованной в журнале Physical Review D, группа ученых-космологов из Кембриджского университета подробно описывает, как необъяснимые результаты эксперимента XENON1T могли быть вызваны темной энергией, а не темной материей, которую планировалось обнаружить в ходе эксперимента. По словам исследователей, их работа — серьезный шаг к первому непосредственному обнаружению темной энергии.

В прошлом году  в ходе эксперимента XENON1T, который проводился глубоко под землей, ученые сообщили о неожиданном открытии. Экспериментальный детектор черной материи, по сути, представлял собой большой бак, полный жидкого ксенона, изолированный глубоко под землей. Его идея заключалась в том, что если частица темной материи пронесется через резервуар, она возбудит атомы ксенона и произойдет вспышка света и свободных электронов, которую и сможет обнаружить набор датчиков. Ученые вычисляли ожидаемый фоновый уровень сигнала, а затем проверяли фактический результат.

В прошлом году участников эксперимента удивило превышение фонового результата на 53 события. Тогда были выдвинуты предположения, что это и есть намеки на темную материю, точнее, на главного кандидата на ее звание — гипотетическую элементарную частицу аксион, которую может производить Солнце. Позднее кандидатура аксиона была отвергнута в результате других расчетов.

Для объяснения аномалии исследователи из Кембриджского университета разработали физическую модель, чтобы рассчитать, могла ли сигнал произвести не темная материя, а темная энергия — гипотетическая сила, которая, как считается, ответственна за ускоренное расширение Вселенной.

Команда ученых считает, что для получения такого сигнала понадобилось бы слишком много аксионов. Они предположили, что сигнал исходит от частиц темной энергии, произведенных в тахоклине — области Солнца, известной своими сильными магнитными полями. Но это — частицы-носители силы для темной энергии, так называемые хамелеоны.

Физическая модель, построенная авторами исследования, использует так называемый экранирующий механизм, чтобы скрыть любую «пятую силу», связанную с темной энергией, в мелком масштабе. Это делается, чтобы результаты можно было истолковать в рамках теории гравитации Эйнштейна, которая точно описывает эффекты гравитации в мелком масштабе, но не может объяснить широкие расхождения, которые и привели к открытию темной энергии.

Используемый тип механизма экранирования — экранирование хамелеонов — предполагает, что обнаруженный в эксперименте XENON1T избыток можно объяснить частицами-хамелеонами. Метод экранирования позволил ученым отделить то, что происходит в локальной очень плотной Вселенной, от того, что происходит в самых больших масштабах, где плотность чрезвычайно мала. То есть частицы-хамелеоны имеют разную массу и силу воздействия в зависимости от того, сколько вещества находится вокруг них. В областях с высокой плотностью, таких как Земля, их масса велика, но их сила действует только на крошечном расстоянии. Однако в межзвездном пространстве, где почти нет материи, хамелеоны будут иметь меньшую массу, но их влияние распространяется гораздо дальше.

Следующим шагом должны стать эксперименты, которые позволят получить дополнительные данные об этих частицах и области Солнца: теории требуется независимое подтверждение в виде дополнительных сигнатур описанных взаимодействий.

По мнению авторов работы, если все пойдет по плану и будет подтверждено, что избыток, полученный в XENON1T, является сигналом от темной энергии, будущие обновления этого и других экспериментов наподобие PandaX могут привести к первому в истории прямому обнаружению темной энергии. Это может произойти уже в течение следующего десятилетия и станет поистине историческим событием.