Вимп

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
У этого термина существуют и другие значения, см. WIMP.
Вимп
Участвует во взаимодействиях
Гравитационное[1], слабое
Статус Гипотетическая
Масса Должна быть как минимум в несколько десятков раз больше массы протона[2]
В честь кого или чего названа Слабое взаимодействие, массивность
Квантовые числа

Вимп (от

Большого Взрыва) вимпы очень трудно обнаружить экспериментально. Масса вимпов должна быть как минимум в несколько десятков раз больше массы протона[2]. Среди возможных кандидатов на роль вимпов чаще всего рассматриваются легчайшие суперсимметричные частицы (нейтралино), которые в большинстве теорий суперсимметрии
являются стабильными.

Термин WIMP был предложен в 1986 году американским космологом

Майклом Тёрнером (англ. Michael S. Turner), который является также автором термина «тёмная материя». Этот акроним связан с значением английского слова wimp — «зануда, слабак»[3][4]
.

Экспериментальные попытки обнаружения

Прямое детектирование

Предполагается, что вимпы составляют сферическое гало в

сечение рассеяния вимпов на атомном ядре не слишком мало, возможно их прямое детектирование с помощью ядерных детекторов, хорошо защищённых от внешнего фона (в частности, необходимо размещение детектора глубоко под землёй, чтобы защититься от космического излучения). Вследствие орбитального и суточного движения детектора вместе с Землёй
темп счёта детектора будет испытывать годичные и суточные вариации; благодаря этому полезный сигнал можно отделить от фона. Максимальный темп счёта ожидается, когда проекция орбитальной скорости Земли на скорость движения Солнца относительно центра Галактики (и газа вимпов) максимальна.

Коллаборация

пбн
. Другие коллаборации по поиску частиц тёмной материи не подтверждают существования подобных частиц — имеется противоречие, которое должны разрешить будущие исследования (2013 год).

В декабре 2009 года коллаборация CDMS-2 (англ. Cryogenic Dark Matter Search) опубликовала работу, в которой сообщается о регистрации двух событий в сигнальной области, что можно интерпретировать как свидетельство детектирования вимпов с вероятностью 77 %, основываясь на оценках ожидаемых сигналов от фона[6][7]. Вероятность того, что эти события объясняются фоновым шумом[8], — 23 %.

В феврале 2010 года небольшой эксперимент CoGeNT сообщил о регистрации нескольких сотен событий за 56 дней, что интерпретируется как возможный сигнал от вимпов с массой 7-11 ГэВ/с2 (пока учёные осторожны в своих выводах: по их словам, полученные результаты необходимо проверить).[9][10][11] Детектор CoGeNT (

штате Миннесота на глубине около 600 метров (англ. Soudan Underground Mine State Park, в той же самой, что и детектор CDMS).[12]

В июне 2011 года были опубликованы результаты эксперимента CoGeNT, интерпретируемые как подтверждение сезонных вариаций сигнала, аналогичных предсказанным теоретически и зарегистрированным ранее в итальянском эксперименте DAMA[13][14][15].

В сентябре 2011 были опубликованы

сечения упругого рассеяния
на ядре σ = 3,7⋅10−5 пбн, вторая — вокруг значений M = 25,3 ГэВ/с2 и σ = 1,6⋅10−6 пбн.

В апреле 2013 года коллаборация CDMS, уточнив полученные ранее данные второй фазы своего эксперимента с использованием кремниевых полупроводниковых детекторов, объявила о регистрации частиц тёмной материи с уровнем достоверности, равным трём стандартным отклонениям, или с вероятностью 99,81 %. При ожидаемом уровне шумов 0,7 события, удалось зарегистрировать три события с энергиями ядер отдачи около 10 кэВ. Оценочная масса зарегистрированных вимпов M = 8,6 ГэВ/с2[17][18]. При этом, как отмечают сами авторы, остаётся противоречие с данными более чувствительного эксперимента XENON, не обнаружившего указаний на существование вимпов с такими массой и сечением рассеяния на ядрах, а два других эксперимента, видящих указание на наличие вимпов (DAMA и CDMS), наблюдают сигнал в других областях пространства параметров, не совместимых ни друг с другом, ни с данными CDMS. Поэтому окончательного ответа, зарегистрированы ли вимпы экспериментально, пока нет.

В октябре 2013 года были опубликованы результаты наиболее чувствительного на тот момент эксперимента LUX, проводившегося в Южной Дакоте. Поиск вёлся в широком диапазоне возможных масс вимпов с пиком в чувствительности для массы равной 33 ГэВ/с2[19]. За 85 дней исследователи не обнаружили ни одного сигнала из 1600 ожидавшихся, таким образом, установив наиболее жёсткие ограничения на возможные параметры вимпов. Этот результат совпадал с менее точным экспериментом XENON, однако противоречил результатам, полученным группами CoGENT и CDMS[20][21].

Непрямое детектирование

Существуют также предложения, относящиеся к непрямому детектированию вимпов. Большинство вимпов пролетают сквозь Солнце, не взаимодействуя с его веществом, и, следовательно, они не могут быть гравитационно захвачены. Однако, если вимп рассеивается на одном из ядер внутри Солнца, он может уменьшить скорость и остаться в гравитационном поле Солнца. Постепенно накапливаясь в гравитационной потенциальной яме, вимпы создают вблизи её центра концентрацию, достаточную, чтобы начать аннигилировать друг с другом. Среди продуктов такой аннигиляции могут быть высокоэнергичные нейтрино, беспрепятственно покидающие центр Солнца. Они могут быть зарегистрированы наземным детектором (например, Супер-Камиоканде). Возможно также непрямое детектирование гравитационно захваченных вимпов, аннигилирующих в центре Земли или в ядре Галактики. Большинство этих предложений пока не были реализованы.

В октябре 2010 года Дэн Хупер из

гамма-телескопом «Ферми», и сделан вывод, что ни один из других видов источников не может объяснить наблюдаемые факты. Согласно приведённой в работе оценке масса вимпов должна находиться в интервале 7,3—9,2 ГэВ/с2[22][23][24]
.

См. также

Литература

Ссылки
Эксперименты

Примечания

  1. ↑ Удивительный мир внутри атомного ядра. Вопросы после лекции Архивная копия от 15 июля 2015 на Wayback Machine, ФИАН, 11 сентября 2007 года
  2. ↑ 1 2 Игорь Сокальский. Темная материя // Химия и жизнь. — 2006. — № 11. Архивировано 7 апреля 2013 года.
  3. doi:10.1016/0550-3213(85)90537-1. [исправить
    ]
  4. ↑ Turner M. S. (2022). "The Road to Precision Cosmology". arXiv:2201.04741.
  5. ↑ Geoff Brumfiel. Italian group claims to see dark matter - again (англ.) // Nature. — 2008. — Vol. 452. — P. 918.
  6. arxiv.org
    )
  7. ↑ Ученые впервые экспериментально зафиксировали частицы тёмной материи. РИА Новости (12 февраля 2010). Дата обращения: 12 февраля 2010. Архивировано 5 февраля 2012 года.
  8. ↑ Scientific American. Dark Matter Researchers Still in the Dark as Underground Search Returns Uncertain Results, 17.12.2009. Дата обращения: 20 декабря 2009. Архивировано 19 марта 2011 года.
  9. ↑ Физики заявили о возможной регистрации лёгкой тёмной материи, Lenta.ru, 01.03.2010. Дата обращения: 6 июля 2020. Архивировано 12 июня 2021 года.
  10. ↑ C.E. Aalseth et al. (CoGeNT collaboration), Results from a Search for Light-Mass Dark Matter with a P-type Point Contact Germanium Detector Архивная копия от 26 июля 2020 на Wayback Machine, arXiv:1002.4703 [astro-ph], 25.02.2010.
  11. ↑ Eric Hand. A CoGeNT result in the hunt for dark matter. Nature News (26 февраля 2010). Архивировано 5 февраля 2012 года.Note: article will only be publicly accessible for a few days
  12. ↑ Учёные нашли новые подтверждения существованию тёмной материи Архивная копия от 1 марта 2010 на Wayback Machine // РИА Новости, 27.02.2010
  13. arxiv.org. — 2011. Архивировано
    15 июня 2020 года.
  14. ↑ "New Data Still Have Scientists in Dark Over Dark Matter" (англ.). Science Daily. 2011-06-08. Архивировано 10 июня 2011. Дата обращения: 8 июня 2011.
  15. ↑ "Новые данные не пролили света на природу тёмной материи". Викиновости. 2011-06-08. {{cite news}}: |access-date= требует |url= (справка)
  16. doi:10.1140/epjc/s10052-012-1971-8. — arXiv:1109.0702
    .
  17. ↑ CDMS Collaboration. Dark Matter Search Results Using the Silicon Detectors of CDMS II (англ.). — 2013. — arXiv:1304.4279.
  18. ↑ А. Березин (2013-04-15). "Заявлено о регистрации частиц тёмной материи". Компьюлента. Архивировано 17 апреля 2013. Дата обращения: 17 апреля 2013.
  19. Берклиевская национальная лаборатория. Архивировано
    31 октября 2013. Дата обращения: 31 октября 2013.
  20. ↑ Adrian Cho (2013-10-30). "New Experiment Torpedoes Lightweight Dark Matter Particles". Science NOW. Архивировано 1 ноября 2013. Дата обращения: 31 октября 2013.
  21. ↑ Eugenie Samuel Reich (2013-10-30). "No sign of dark matter in underground experiment". Nature News. Архивировано 1 ноября 2013. Дата обращения: 31 октября 2013.
  22. ↑ Физики «увидели» следы темной материи в данных с телескопа «Ферми». РИА Новости (23 октября 2010). Дата обращения: 23 октября 2010. Архивировано 5 февраля 2012 года.
  23. ↑ Fermilab theorist sees dark matter evidence in public data (англ.). Symmetry Breaking (22 октября 2010). Дата обращения: 23 октября 2010. Архивировано 5 февраля 2012 года.
  24. arxiv.org. — 2010. Архивировано
    29 июля 2020 года.
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Вимп&oldid=130785002