Новый способ поиска сильно взаимодействующей темной материи внутри детекторов нейтрино

Физики всего мира пытаются обнаружить частицы темной материи (ТМ) и их взаимодействие с видимой материей, используя различные стратегии и детекторы. Поскольку эти частицы не излучают, не отражают и не поглощают свет, их очень трудно наблюдать, особенно с использованием обычных экспериментальных методов.

Исследователи из TRUMF, Университета Миннесоты, Калифорнийского университета в Беркли и Стэнфордского университета недавно предложили новый подход, который может помочь обнаружить эти загадочные частицы, не объясняемые Стандартной моделью. Этот подход был представлен в статье, опубликованной в Физические обзорные письманаправлен на обнаружение сигналов темной материи, аннигилирующей видимую материю внутри больших детекторов нейтрино.

«Связанная с землей ТМ (частицы ТМ, застрявшие в Земле в результате столкновения с земными компонентами), которые достаточно сильно взаимодействуют с обычным барионным веществом, могут иметь удивительно большую плотность, примерно на 15 порядков больше, чем плотность галактической ТМ (~0,3 гв). /см³), Анупам Рэй, один из исследователей, проводивших исследование, сказал Phys.org.

«Теперь главный вопрос заключался в следующем: как вы обнаруживаете частицы DM, которых так много в объеме Земли? Поскольку их кинетическая энергия мала (около 0,03 эВ), их обнаружение в обычных экспериментах по прямому обнаружению практически невозможно, потому что эти эксперименты не чувствительны к такому низкоэнергетическому осаждению. Поэтому мы думали о новых способах обнаружения таких частиц DM».

Вместо того, чтобы искать сигналы рассеяния частиц DM, как до сих пор делали большинство попыток прямого обнаружения, Рэй и его коллеги предлагают искать свои собственные сигналы аннигиляции. Это сигналы, возникающие при аннигиляции ТМ, или, другими словами, когда она сталкивается с другими частицами и уничтожается, высвобождая при этом энергию.

В отличие от сигналов рассеяния, сигналы аннигиляции не ограничены небольшим количеством кинетической энергии, и поэтому их легче искать и обнаруживать. Поскольку предполагается, что частицы DM, связанные с Землей, многочисленны, исследователи предложили искать их, ища сигналы их аннигиляции внутри нейтринных детекторов большого объема, таких как Super-Kamiokande. Это крупномасштабный черенковский детектор, расположенный под горой Икено в Японии, который используется для изучения нейтрино, исходящих от Солнца, сверхновых, атмосферы и других источников.

«Связанные с Землей DM, которые сильно взаимодействуют с обычным барионным веществом, изобилуют внутри любых крупномасштабных детекторов нейтрино, таких как Super-Kamiokande», — объяснил Рэй. «Если они аннигилируют в доверенной папке Супер-Камиоканде, это может дать наблюдаемые подписи. Super-K может легко искать эти продукты аннигиляции, и из этих поисков можно обеспечить беспрецедентную чувствительность к параметрам DM. Важно подчеркнуть, что даже если высокореактивные частицы ТМ, связанные с Землей, составляют очень малую долю всей плотности ТМ (нет оснований полагать, что ТМ состоит из одного вида), предлагаемый нами метод может обеспечить лучшую в мире чувствительность к параметрам ТМ. »

Недавняя работа этой группы исследователей предлагает новый метод, который может помочь исследовать высокоинтерактивные частицы DM, связанные с Землей, которые, как предполагается, очень многочисленны, но пока их трудно наблюдать. Даже если эти специфические частицы составляют лишь небольшую часть текущей плотности DM, этот новый метод может работать очень хорошо и, таким образом, может способствовать продолжающемуся поиску DM.

«Теперь мы хотим исследовать сигнатуры нейтрино от сильного взаимодействия DM, связанного с Землей», — добавил Рэй. «В этом исследовании мы не чувствительны к массе относительно тяжелой ТМ (например, ТМ имеет массу 10 ГэВ и более), потому что чем больше ТМ весит, тем больше она центрируется по направлению к центру Земли, и в результате его числовая плотность в объеме Супер-Камиоканде значительно снижена. большая, что приводит к незначительному сигналу. Однако, используя нейтринный сигнал, мы надеемся исследовать пространство параметров тяжелой DM».

© 2023 Наука Х Сеть