Австралійський фізик запропонував нове визначення нейтринної статі - мінімального сигналу частинок темної матерії в детекторі, який ще можна відрізнити від дуже схожого на нього сигналу фонових нейтрино. Нове визначення нейтринної статі в деяких областях мас вімпів відрізняється від використовуваного раніше приблизно на порядок. Дослідження опубліковано в.
Всесвіт складається з темної енергії, на яку припадає приблизно 72 відсотки в енергетичному балансі Всесвіту, і з речовини. Багато астрономічних спостережень свідчать про те, що близько 85 відсотків маси всієї речовини у Всесвіті зосереджено в невидимій темній матерії. До цих спостережних даних належать розподіл швидкостей зірок у галактиках і галактик у скупченнях, спектр флуктуацій температури космічного мікрохвильового випромінювання і темп формування неоднорідностей при еволюції Всесвіту. Вчені розглядають багато кандидатів на роль частинок, що становлять цю матерію, серед яких і первинні чорні діри з масами до сотень мільйонів мас Сонця, і надлегкі частинки, типу дилатона і аксіона, чия маса в деяких моделях менше, ніж 10-20 електронвольт.
Найпопулярнішим кандидатом, однак, вважаються вімпи (WIMP, Weakly Interacting Massive Particle) які беруть участь тільки в гравітаційній і слабкій взаємодіях з частинками Стандартної моделі. Існує багато лабораторних експериментів з пошуку цих частинок, ні в одному з яких поки не вдалося виявити темну матерію, хоча вони і допомогли встановити дуже суворі обмеження на масу вімпів та інтенсивність їх взаємодії з частинками Стандартної моделі.
Великою проблемою лабораторних експериментів з пошуку темної матерії є те, що очікуваний сигнал від взаємодії її частинок з робочим тілом детектора дуже схожий на сигнал від нейтрино - обидва типи частинок упруго розсіюються на ядрах. Ймовірність реєстрації нейтрино детектором дуже мала, так як вони дуже слабо взаємодіють з іншими частинками, але останні експерименти обмежили ймовірність взаємодії вімпів з частинками робочого тіла детектора так сильно, що вона вже близька до ймовірності реєстрації нейтрино. Мінімальний сигнал від частинок темної матерії, який ще можна відрізнити від нейтринного фону, фізики назвали нейтринною підлогою.
Використовуване раніше визначення нейтринної статі залежало від довільно встановлюваного порогу енергій реєстрованих частинок і абсолютного числа зареєстрованих нейтрино, а також не враховувало очікуваного збільшення точності вимірювання потоку фонових нейтрино в майбутніх експериментах, і тому Кіаран О'Хара (Ciaran O'Hare) з Сіднейського університету запропонував нове, більш точне визначення нейтринної статі, позбавлене недоліків.
Автор дав нове кількісне визначення нейтринної статі наступним чином. Він ввів величину, яку назвав індексом, що виражає швидкість зміни порогу відкриття частинки (у стандартних відхиленнях) залежно від числа зареєстрованих фонових нейтрино, і назвав нейтринною підлогою криву в площині маса - переріз взаємодії вімпів, на якій індекс приймає певне значення (рівне двом). Визначена таким чином нейтринна стать відповідає силі сигналу частинок темної матерії, який вже не можна виявити через систематичну похибку у вимірі нейтринного фону. Нова нейтринна підлога виявилася істотно вище використовуваного раніше (1, 2) для маси гіпотетичних частинок темної матерії менше 1 і більше 10 гігаелектронвольт, і нижче в районі 6 гігаелектронвольт.
Раніше ми розповідали, як фізики встановили суворі обмеження на взаємодію легких частинок темної матерії з речовиною.
Від редакції
Після виходу новини ми доповнили текст поясненням про частки темної енергії та речовини в енергетичному балансі Всесвіту.