Физики взялись найти темную материю с помощью обычного сахара

Физики разработали новый метод поиска темной материи с помощью гигантских кристаллов сахарозы, или столового сахара. Правда, пока им удалось ощутить лишь горьковато-сладкий привкус отсутствия желаемых результатов.

Мы верим в существование темной материи, основываясь на странном гравитационном воздействии, которое она, по-видимому, оказывает на галактики. Однако, несмотря на десятилетия поисков возможных частиц темной материи, ученые так ничего и не нашли. Многие из этих поисков нацелены на слабовзаимодействующие массивные частицы (вимпы), которые долгое время считались одним из наиболее перспективных кандидатов, но даже самые чувствительные эксперименты пока не дали результата.

Большинство детекторов вимпов регистрируют вспышки света, которые может испускать пролетающая частица темной материи при взаимодействии с обычным веществом. Но эти детекторы рассчитаны на достаточно тяжелые частицы — примерно от 2 до 10 000 масс протона. Такие частицы наиболее убедительно объясняют галактические эффекты темной материи, однако вимпы могут быть и легче, хотя это хуже согласуется с теорией.

Очень легкие вимпы должны наиболее заметно взаимодействовать с очень легкими атомами, такими как водород. Чистый водород использовать в качестве детектора сложно из-за его низкой плотности, что снижает шансы на взаимодействие. Зато в сахарозе его 22 атома, и она намного плотнее.

В Институте физики Общества Макса Планка построили детектор темной материи из сахара. Сначала вырастили кристаллы сахарозы из концентрированного раствора в течение недели, затем охладили их до 0,007 градуса выше абсолютного нуля. После этого внимательно наблюдали за возможными взаимодействиями с темной материей с помощью сверхчувствительного термометра и фотонного сенсора.

Эксперимент проходил на протяжении 19 часов, его результаты приведены в препринте на arXiv. Хотя кристаллы сахара и «засветились» на уровнях, соответствующих взаимодействию с более крупными частицами, они не зафиксировали более слабых сигналов, которые можно было бы приписать вимпам.

У этой установки для поиска темной материи действительно выдающаяся чувствительность, и она может детектировать крайне слабую отдачу от легких вимпов, признал физик Карлос Бланко из Университета штата Пенсильвания. Однако пока не ясно, получится ли эффективно отсеять другие возможные причины вспышек в кристалле, такие как, например, радиоактивный углерод-14, который часто встречается во многих источниках сахара, добавил он.