Большой адронный коллайдер (LHC) потенциально мог зафиксировать признаки темной материи благодаря небольшим сбоям в своей работе. Исследование, проведенное физиками Xunyu Liang и Ariel Zhitnitsky из Университета Британской Колумбии в Канаде, предполагает, что эти необычные события могут свидетельствовать о существовании этой невидимой субстанции. Статья была принята к публикации в научном журнале Physical Review D.
Вибрация в грунте и датчики ускорителя
Ученые называют эти нарушения «UFO» (неидентифицированные летающие объекты). В контексте ускорителя этот термин относится к внезапным потерям пучка протонов, вызванным микроскопическими частицами пыли. Физиков интересовало, что именно вызывает отделение этой пыли в столь высокоточной конструкции.
Возможный ответ кроется в гипотетической форме темной материи, известной как аксионные кварковые зерна (AQNs). В отличие от традиционно искомых субатомных частиц, AQNs предполагаются как макроскопические и плотные объекты с массой от пяти граммов до одного килограмма.
При прохождении через грунт на расстоянии до 100 километров от лаборатории, AQN могла бы создать небольшую акустическую ударную волну, способную вызвать колебания в LHC. Исследователи сравнивают этот прибор с часами высокой точности, подвергшимися внешним вибрациям. Liang и Zhitnitsky заявили порталу ScienceAlert, что «частица темной материи, проходящая через Землю на десятки километров, может создать небольшую вибрацию, подобную легкому постукиванию по столу под часами».
Эта вибрация, в свою очередь, могла бы привести к отслаиванию пыли, которая затем пересекает пучок частиц. Гипотеза возникла из-за совпадения размеров пылинок и AQNs, что привело к разработке новой модели поиска. Авторы отметили: «Сначала мы ожидали найти прямую связь между загадочными „UFO“ LHC и темной материей. Позже мы поняли, что представили первое предложение по использованию LHC в поиске макроскопической темной материи».
Для идентификации следа AQN данные должны демонстрировать очень специфический паттерн вдоль 27-километрового туннеля машины. Расчеты показывают, что прохождение объекта должно спровоцировать как минимум три события «UFO» в разных точках кольца в течение всего двух секунд.
Этот поиск не требует обновления оборудования или дополнительных расходов для европейской лаборатории. Анализ может быть выполнен путем просмотра данных мониторов потерь пучка, которые уже установлены на месте. Физики объяснили, что «наш случай особенно привлекателен тем, что LHC уже имеет превосходные интегрированные системы мониторинга, установленные для защиты машины от повреждений», подчеркнув, что эти устройства могут быть чувствительны к сигналам, для которых они изначально не проектировались.
Авторы не анализировали файлы ускорителя напрямую, однако исследование служит приглашением для научного сообщества пересмотреть старые записи LHC. Если паттерн будет подтвержден, это открытие расширит границы физики, доказав, что темная материя может проявляться и в макроскопическом масштабе.
