Солнечные хамелеоны: ЦЕРН ищет частицы темной энергии
Что такое темная энергия на самом деле остается загадкой
Одна из самых больших загадок вселенной — почему ее расширение ускоряется. Физики приписывают это странной силе, называемой темной энергией, но именно то, как она работает, во многом умозрительно. Гипотетические частицы — «хамелеоны» могут стоять за темной энергией, и физики из ЦЕРНа искали эти частицы, исходящие от Солнца. Сейчас команда ученых сообщила о первых результатах своих поисков.
В течение десятилетий понималось, что Вселенная расширяется, но только в 1998 году физики обнаружили, что это происходит не с постоянной скоростью, а с ускорением — находка, которая принесла исследователям Нобелевскую премию по физике 2011 года. «Темная энергия» — это название, которое ученые теперь используют для неизвестной силы, которая вызывает это ускорение, и она, по расчетам, составляет до 68 процентов всего во Вселенной.
Но что такое темная энергия на самом деле остается загадкой. Одна гипотеза предполагает, что сила переносится частицами с массой, которая изменяется в зависимости от того, сколько материи вокруг них. Поэтому, когда эти изменяющиеся «хамелеоновые» частицы находятся в областях с высокой плотностью вещества, например, вблизи Земли, их масса будет большой, и они будут оказывать силу на очень маленьком расстоянии – менее 1 миллиметра. Но частицы-хамелеоны, свободно плавающие в космосе, будут иметь гораздо меньшие массы, и их влияние будет распространяться на гораздо большие расстояния.
Это удобное объяснение темной энергии, но возникает логичный вопрос: а существуют ли эти частицы-хамелеоны? Чтобы выяснить это, ученые провели эксперименты с солнечным телескопом CERN Axion (CAST), который был построен специально для поиска аксионов – гипотетических частиц темной материи, поступающих от Солнца.
В этом случае к CAST был подключен детектор под названием KWISP для поиска частиц-хамелеонов, которые, как считается, также производятся Солнцем. KWISP состоит из тонкой мембраны, на которую направлены лазеры. Идея состоит в том, что эта мембрана удерживается чрезвычайно неподвижно, в то время как массив зеркал фокусирует на ней любой входящий поток частиц-хамелеонов. Если эти частицы действительно попадают на мембрану, они должны переместить ее на крошечную, но заметную величину – меньше ширины протона. И это движение было бы тогда поймано лазерами.
KWISP был протестирован в течение 10-дневной кампании, и первые результаты пришли из 90-минутного участка в июле 2017 года. К сожалению, физики не обнаружили признаков каких-либо солнечных хамелеонов. Но это не обязательно означает, что их не существует – а позволяет ученым установить ограничение на верхний предел веса этих частиц. Этот предел составляет примерно 44 пиконьютона или примерно вес одной человеческой клетки.
Конечно, частицы-хамелеоны могут вообще не существовать. Есть и другие теории, кроме темной энергии, которые, в конце концов, могут объяснить ускорение расширения вселенной. Темная энергия и темная материя могут быть объяснены как «темная жидкость» с отрицательной массой, которая наполняет вселенную. Или у нас может быть совершенно неправильная математика, и темная энергия может вообще не существовать.
Дальнейшие эксперименты KWISP могут помочь пролить больше света на эту тайну.