Ветер из тёмной материи дует на Землю

Тёмная материя по-прежнему остаётся главным претендентом на решение проблем астрофизики и космологии — и по-прежнему в экспериментах нет достоверных свидетельств обнаружения её частиц. Или мы слишком требовательны?

Как нет, воскликнут иные, ведь DAMA аж с 2000 года заявляет: вимпы (частицы тёмной материи) есть, и свидетельства их существования «тянут» сегодня на 9σ (девять сигм), что куда убедительнее открытия бозона Хиггса. Увы, данные более «свежих» детекторов никаких 9σ не показывают, отчего господа физики за пределами коллаборации DAMA привычно ссылаются на некие невидимые миру источники погрешностей, которые пока не учтены «дамовцами». Что интересно, при этом эксперимент демонстрирует сезонные колебания числа и энергии в следах вимпов, а другие эксперименты ничего такого не показывают. К тому же за всё время дискуссии никто из DAMA-оппонентов так и не смог чётко изложить, какой именно физический механизм мог бы обеспечивать ложные срабатывания.


Типичная, словом, для ТМ-историй степень запутанности: то ли «дамовцы» чего-то не учли, то ли оппоненты любят всё списывать на ошибки, источник которых сами даже примерно представить не могут.

Теперь эта эпопея может пополниться некоей дозой оживляжа: проводимый в США эксперимент CoGeNT тоже наблюдает сезонные изменения в количестве регистрируемых его детекторами событий.

Идея DAMA в основе проста: изолированный детектор считает, как изменяется количество всех событий, им регистрируемых. Поскольку Солнечная система движется относительно предположительно существующего гало из тёмной материи, окружающего Млечный Путь, а Земля ещё и круги вокруг Солнца нарезает, то соответствующие скорости (220 км/с и 30 км/с) северным летом складываются, достигая максимума в районе 2 июня (или конца мая, по другой серии расчётов). Северной же зимой они, напротив, падают до минимума. Всё это не имело бы особого значения, когда б ТМ-гало вращалось вместе с остальной Галактикой, вот только теория предсказывает, что оно, по идее, вращаться не должно вовсе.

Разумеется, это означает, что скорость, на которой вимпы сталкиваются с земной материей в детекторе, должна-таки колебаться, что отражается на энергиях и частоте регистрации таких столкновений в зависимости от времени года.

Хуан Койяр (Juan Collar) из Чикагского университета (США) и руководимая им коллаборация CoGeNT взялись выяснить, насколько подобные колебания могут быть подтверждены их детектором, работающим не на 250 кг йодида натрия, как DAMA, а на 100 г германия. После ряда наблюдений 2011 года тогда ещё скептически настроенный г-н Койяр заявил, что, к его удивлению, некоторые следы сезонных колебаний в регистрации событий всё же имеются. И инициировал ещё более тщательную проверку.

Кроме прочего, его коллаборация присмотрелась к энергии регистрируемых событий: в теории вимпы должны давать энергию ниже 2 кэВ, а сами события — происходить в толще материала детектора. Оказалось, что регистрируемые CoGeNT столкновения носят именно такой характер, то есть почти идеально подходят на роль вимпов.

Какова статистическая значимость этих выводов? Хуан Койяр скромен: 2,2σ — далеко не пять сигм, после которых дискуссию можно было бы закрыть. То есть вероятность ошибки в подтверждениях данных DAMA всё ещё около 2%, что для физиков много. В то же время, учитывая данные DAMA и эксперимента CRESST, который проводится в Италии, получается, что вероятность сезонных колебаний столкновений с вимпами становится довольно высокой.

Правда, тут есть нюанс: массы вимпов и сила их взаимодействия с обычной материей во всех трёх экспериментах выглядят не так уж и одинаково — а если честно, то и сильно по-разному. Но здесь, полагает г-н Койяр, нужно проявить осторожность. Да, если вимпы движутся внутри галактического гало примерно случайно, то и массы и сила взаимодействия у всех детекторов планеты должны быть сходными.

Однако ряд недавних работ заставляет предполагать, что часть вимпов ведёт себя не так, как другие: в частности, они способны образовывать что-то вроде «потоков», текущих в определённом направлении. В этом случае разные результаты трёх экспериментов становятся вполне объяснимыми, замечает учёный.

Ну а далее идут типичные для данной области реверансы и заклинания об осторожности в интерпретации: это «не свидетельство» ТМ, а лишь «накладывание ограничений» на возможную сущность тёмной материи. Да, с 2,2σ прыгать на одной ноге и кричать «Эврика!» действительно рано, но когда г-н Койяр опять заявляет, что сезонные колебания в зарегистрированных его группой сигналах могут объясняться неким «пока неизвестным источником систематических ошибок», так и хочется спросить, что же это за ошибки такие, которые работают и с германием, и с йодидом натрия, — а главное, никем из физиков, людей, прямо скажем, не лишённых воображения, пока даже примерно не выявлены.

Вдогонку напомним: CDMS, который нашёл-таки «свои» следы тёмной материи в Судане на кремниевых детекторах, никаких следов ежегодных колебаний на германиевых не показал. Неужели регистрация германиевыми дисками вимпов — или пресловутая «неизвестная систематическая ошибка» — может как-то зависеть ещё и от географического расположения подобных детекторов?


Как будто нарочно, пара ксеноновых экспериментов, имеющих аналогичные цели, не видит вообще никаких вимпов, отчего их ныне калибруют и готовят к сезону-2014. Впрочем, Хуан Койяр и Ко не дремлют и строят пусть и маленький, зато собственный ксеноновый детектор, надеясь получить от него результаты уже через несколько недель, — то есть ждать осталось недолго, пишет Компьюлента.

Спекулятивно учёный также полагает, что если вышеупомянутые «потоки» и течения вимпов всё же существуют и частично проходят через Солнечную систему, то космический телескоп Gaia может заметить их косвенные последствия, поскольку тёмная материя должна увлекать часть звёзд Галактики в том же направлении — то есть к земному наблюдателю. Что ж, подождем ещё и регистрации звёздных течений?