Физики давно пытаются разгадать тайну темной материи, которая составляет более четверти массы Вселенной, но не участвует в элекромагнитном взаимодействии и, сооответственно, является невидимой. Однако мы до сих пор не знаем даже массу частиц темной материи - вимпов. Существуют различные теории, опыисывающие темную материю, но их можно разделить на две группы: часть предполагает, что вимпы имеют малую массу, а часть описывает "тяжелые" вимпы.

В июле 2012 года коллаборации ученых, работающх с детекторами ATLAS и CMS Большого адронного коллайдера, вместе объявили об открытии бозона Хиггса. Им удалось подтвердить появление этой частицы при столкновениях пар протонов. При этом сам бозон Хиггса распадалсся либо на пару гамма-лучей, либо на два Z-бозона. Но есть и иной вариант, при котором бозон Хиггса может распадаться на невидимые частицы. Ученые считают, что бозон Хиггса может быть связующим звеном между теми элементарными частицами, которые знакомы нам по Стандартной модели, и теми, существование которых предсказано только теоретически - например, вимпами. В теориях, оперирующих вимпами малой массы, эти частицы должны появляться при распаде бозона Хиггса. Сложность заключается в том, что невидимыми частицами в продуктах распада этого бозона могут быть не только вимпы, но и самые обыкновенные нейтрино.

В новом исследовании коллаборация ATLAS изучала столкновения, в результате которых образуются Z-бозон и бозон Хиггса, позже распадающийся на невидимые частицы. Z-бозон обнаруживается по продуктам распада - паре электронов или мюонов. Бозон Хиггса вычислялся как разность импульсов до и после столкновения. Отбросив фоновые события, ученые могли сравнить энергию после взаимодействия с энергией видимых частиц. Разница же, если она была, давала массу невидимых частиц. Анализ данных показал, что бозон Хиггса распадался на невидимые частицы не более чем в 75% случаев. Такая частота не требует наличия частиц, выходящих за рамки Стандартной модели и, следовательно, указывает на то, что при распаде бозона Хиггса образуются только нейтрино.

В результате, физикам удалось существенно ограничить теории, предполагающие, что вимпы имеют маленькую массу. Исследование cужает область, в которую должна попадать масса частиц темной материи, до интервала 1-10 ГЭв.

Это не первый удар по "легким" вимпам: ранее их не удалось зарегистрировать на детекторе LUX в двух проведенных на нем исследованиях.

Источник: Physical Review Letters

Обсудить