Физики объявили, что нашли первые прямые доказательства аксионов

Аксионы — это неподтвержденные гипотетические сверхлегкие частицы, выходящие за рамки Стандартной модели физики элементарных частиц, которая описывает поведение субатомных частиц.

Физики-теоретики впервые предложили существование аксионов еще в 1970-х годах, чтобы решить проблемы в математике, описывающей сильное ядерное взаимодействие, которое связывает частицы, называемые кварками.

Но с тех пор аксионы стали популярным объяснением темной материи, таинственной субстанции, которая составляет 85% массы вселенной, но при этом не излучает свет.

«Обнаруженные» аксионы, которые, кажется, вытекают из Солнца, не действуют как «холодная темная материя», которая, как считают физики, заполняет гало вокруг галактик. И они будут частицами, недавно появившимися внутри Солнца, в то время как большая часть холодной темной материи там, кажется, существовала неизменной в течение миллиардов лет с начала ранней Вселенной.

Физики, не участвующие в эксперименте, не уверены, что аксионы были вообще обнаружены. Несмотря на два года сбора данных, намек на сигнал все еще слабый по сравнению с тем, что требует физика, чтобы объявить об открытии новой частицы. Со временем, по мере поступления новых данных, возможно, что свидетельство сигнала может исчезнуть.

Тем не менее, похоже, что сигнал был. Он оказался зафиксирован в темном подземном резервуаре с 3,5 тоннами жидкого ксенона — эксперимент XENON1T, проведенный в Национальной лаборатории Гран Сассо в Италии.

По крайней мере два других физических эффекта могут объяснить данные XENON1T. Тем не менее, исследователи проверили несколько теорий и обнаружили, что аксионы, вытекающие из нашего Солнца, были наиболее вероятным объяснением их результатов.

Физики, которые не участвовали в эксперименте, еще не рассматривали полученные данные на момент объявления. Пресса была проинформирована о находке, но полная информация и научная статья еще не были предоставлены.

«Если это подтвердится, и  *если* это большой вопрос, то это самый большой перелом в моей области физики с момента открытия космического ускорения», — говорит физик Чанда Прескод-Вайнштейн. (Открытие космического ускорения в 1998 году показало, что не только расширяется Вселенная, но и скорость расширения становится быстрее.)

Сотрудничество XENON следит за крошечными вспышками света в темных ксеноновых резервуарах с изоляцией, для которых эксперимент XENON1T, работавший в период с 2016 по 2018 год, является самым большим примером на данный момент.

Резервуар экранирован под землей от большинства источников излучения, и только горстка частиц (включая темную материю) может проникнуть в резервуар и столкнуться с атомами в жидкости внутри, стимулируя вспышки.

Большинство из этих вспышек легко объяснить. Несмотря на подземное экранирование лаборатории, туда попадают всевозможные частицы и составляют большую часть того, что видят детекторы XENON. Исследователи XENON ищут «избыточные» вспышки, которые могут свидетельствовать о существовании новых частиц.

И вот в первый раз детектор XENON фактически обнаружил избыток, всплеск активности в диапазоне низких энергий, который соответствует тому, что физики ожидали бы увидеть, если бы существовали солнечные аксионы.

До настоящего времени результаты XENON частично исключили другой тип кандидата на темную материю, «слабо взаимодействующие массивные частицы» (WIMPS). Он не обнаружил достаточного количества вспышек на уровнях энергии, которые производило бы большинство WIMP, чтобы поддержать их существование, фактически исключая большинство возможных разновидностей WIMP. Но эксперименты не нашли никаких доказательств новых частиц ранее.