Частинки темної матерії не вдається виявити безпосередньо через те, що вони відштовхуються від частинок звичайної матерії, вважає фізик з Брукхейвенської національної лабораторії Хуман Давудіазл (Hooman Davoudiasl). За його розрахунками, опублікованими в, якщо радіус дії цієї відштовхувальної сили можна порівняти з радіусом Землі або перевищує його, частинок темної матерії біля планети просто немає, і фізикам нічого детектувати.
За допомогою темної матерії вдається порівняно просто пояснити багато явищ, наприклад гравітаційне лінзування, криві обертання галактик або флуктуації температури реліктового випромінювання. Без залучення темної матерії ці явища пояснюються набагато більш складним чином. За поточними оцінками, частка темної матерії у Всесвіті становить близько 22 відсотків, що майже в п'ять разів більше, ніж частка звичайної матерії. Детальніше почитати про те, чому ця концепція так важлива для сучасної науки, можна в нашому інтерв'ю з астрофізиком Андрієм Дорошкевичем.
Виявити гравітаційну дію темної матерії нескладно, наприклад, спостерігаючи за рухом галактик або спотворенням світла, що проходить повз галактичні скупчення. Однак у прямих експериментах, які припускають, що електрони або атомні ядра повинні розсіюватися на частинках темної матерії (нехай і дуже слабо), вона досі себе не проявила. Отримані експериментально обмеження на перетин подібних процесів величезні - наприклад, експерименти на LHC встановлюють верхню межу для перерізу 10 − 46 ст.110 − 42 квадратних сантиметрів.
У цій роботі фізик Хуман Давудіазл (Hooman Davoudiasl) запропонував пояснити відсутність прямих спостережень темної матерії тим, що поруч із Землею її просто немає. Для цього вчений припустив, що взаємодія між частинками темної і звичайної матерії здійснюється за допомогою бозона з дуже маленькою масою (близько 10 − 14 електронвольт), так що між цими частинками виникає сила відштовхування, яка має радіус дії, порівнянний з радіусом Землі. Такий підхід до опису взаємодій використовується в теоретичній фізиці з тих пір як Юкава пояснив взаємодію між адронами за допомогою піона (тільки його маса становить приблизно 108 електронвольт, і радіуси відповідних сил виходять в 1022 разів менше).
У результаті навколо Землі виникає ефективний потенціал, в якому частинкам темної матерії енергетично невигідно перебувати близько від планети. Здавалося б, вони все ще можуть подолати цей потенціал, якщо мають достатню кінетичну енергію. Однак швидкість руху темної матерії в околицях Землі приблизно дорівнює 10 − 3 від швидкості світла, а унітарна межа для частинок темної матерії становить 350 тераелектронвольт, і максимально можлива кінетична енергія частинок виявляється рівною приблизно 200 мегаелектронвольт. Це набагато менше висоти виникаючого потенційного бар'єру (ауд 10 гігаелектронвольт), тому подолати його частинки не можуть.
Втім, потрібно мати на увазі, що стаття фізика є суто теоретичною і передбачає лише один із способів пояснити невдачі експериментів з прямого детектування. Більш того, в цій статті теоретик ніяких аргументів на користь існування такої ефективної відштовхувальної сили (крім неймовірно малих значень для перерізу взаємодії, отриманих в експериментах) і масу запропонованого бозона яким-небудь незалежним способом. Тим не менш, експериментально перевірити цю гіпотезу в принципі. Наприклад, врахування цієї взаємодії має призвести до поправок при гравітаційному лінзуванні на скупченнях галактик. Крім того, якщо маса бозона досить мала і радіус дії сил виявляється порівняємо з радіусом орбіти Землі, протягом року число прямих реєстрацій розсіювання частинок темної матерії на нуклонах буде змінюватися, і цю залежність можна поміряти експериментально. Зрозуміло, якщо точність відповідних експериментів досягне необхідної величини.
Наприкінці жовтня колаборація XENON1T опублікувала в результати 34-денного експерименту з пошуку темної матерії, в результаті якого не вдалося зареєструвати жодної події, що відповідає її взаємодії зі звичайною матерією. Знайдена в цьому експерименті верхня межа для перерізу розсіювання склала 10 − 46 квадратних сантиметрів. Ми писали про цей експеримент ще навесні, коли препринт статті вийшов на сайті.
З іншого боку, минулого року вчені виявили сліди темної матерії в околицях Чумацького Шляху - для цього вони аналізували розподіл зірок у потоці Palomar 5. Також відносно недавно астрономи побудували детальну карту розподілу темної матерії в скупченнях галактик, яка в цілому збіглася з передбаченнями моделі ^ CDM (холодної темної матерії).