Слабко взаємодіючі масивні частинки

Обмеження на масу та ефективний переріз взаємодії вімпів. Дані зCDMS

Слабко взаємодіючі масивні частинкиабо Вімпи (відангл.WIMP, Weakly Interacting Massive Particle) — клас гіпотетичних частинок які є кандидатами у темну матерію. З чотирьох фундаментальних взаємодій, вімпи беруть участь тільки вслабкійтагравітаційній,в зв'язку з чим їх важко зареєструвати. Серед можливих кандидатів на роль вімпів часто розглядаютьсуперсиметричнічастинки —нейтраліно,які в більшості теорій суперсиметрії є стабільними. Два вімпи можутьанігілюватиз утворенням гамма-квантів.Передбачається, що вімпи складаютьсферичне галов нашій Галактиці.

Експериментальні спроби виявлення

Спроби реєстрації вімпів можна поділити на прямі та непрямі.

Пряме детектування

Ідея прямого детектування ґрунтується на припущенні, що наша галактика заповнена вімпами і багато з них проходять скрізь Землю в її навколосонячному та галактичному русі. Якщо перетин розсіяння вімпів на атомному ядрі не дуже малий, можливе їх пряме детектування за допомогою ядерних детекторів, добре захищених від зовнішнього фону (зокрема, необхідне розміщення детектора глибоко під землею, щоб захиститися від космічного випромінювання). Внаслідок орбітального і добового руху детектора разом із Землею темп рахунку детектора випробовуватиме річні і добові варіації; завдяки цьому корисний сигнал можна відокремити від фону. Максимальний темп рахунку очікується, коли проєкція орбітальної швидкості Землі на швидкість руху Сонця щодо центру Галактики (і газу вімпів) максимальна.

В ході реєстрації вімпи повинні пружно і непружно розсіюватись на ядрах мішені. Для реєстрації цих зіткнень можуть використовуватися сцинтиляційні, теплові або іонізаційні детектори, а також їх комбінації.

Непряме детектування

Ідея непрямого детектування ґрунтується можливості реєструвати продукти анігіляції вімпів. Ця анігіляція може відбуватися в гало галактики, а також всередині Сонця та Землі (які захоплюють вімпи гравітацією). Серед можливих для реєстрації наслідків анігіляції виділяють нейтрино (реєструються нейтринними телескопами),антипротони,позитрони(можуть детектуватися за межами атмосфери) і гамма-кванти (наземні та супутниковігамма-телескопи).

Результати

Колаборація DAMA стверджує, що в багаторічному експерименті з детектором, що складається з NAI(Tl)сцинтиляторіві розташованому в підземній лабораторії Гран-Сассо (Італія), спостерігалися річні варіації швидкості відкліків, що узгоджуються за фазою з очікуваними варіаціями. З результатів цього експерименту виходить, що вімпи повинні мати масу від 30 до 100 ГеВі перетин пружного розсіяння наядрах(2—15)×10⁻⁶пікобарн.

У грудні 2009 року колабораціяCDMS-2 (англ.Cryogenic Dark Matter Search) опублікувала роботу, в якій повідомляється про реєстрацію двох подій в сигнальній області, що можна інтерпретувати як свідоцтво детектування вімпів зймовірністю77 %, ґрунтуючись на оцінках очікуваних сигналів від фону. Ймовірність того, що ці події пояснюються фоновим шумом, — 23 %.

У лютому 2010 року невеликий експеримент CoGeNT повідомив про реєстрацію декількох сотень подій за 56 дні, що інтерпретується як можливий сигнал від вімпів з масою 7-11 ГеВ (поки учені обережні в своїх висновках: за їх словами, отримані результати необхідно перевірити). Детектор CoGeNT (англ.Coherent Germanium Neutrino Technology) це кремній-германієвий напівпровідниковий диск розміром з хокейну шайбу і розташовується в колишній шахті з видобутку залізняку в штаті Міннесота на глибині близько 600 метрів (англ. Soudan Underground Mine State Park, в тій же самій, що ідетекторCDMS).

Супер-вімпи

Розширення суперсиметричних моделей вімпів називають Super-WIMPs,вони виникають в результаті розпаду вімпів. Їхня взаємодія є слабшою ніж у вімп, тобто з чотирьохфундаментальних взаємодій,як істерильне нейтрино,вони беруть участь тільки вгравітаційній.

Існування супер-вімпів могло вплинути на формування галактик. Тобто матерії в середині галактики потрібно менше часу для стиснення, це впливає на її концентрацію вгало темної матерії.

Експериментальне дослідження розпадуодногоелектрослабкогостану супер-WIMP в інший в другому порядку наближення з супер-слабкоюконстантою зв'язкупривело до результату, щоперіод пів-розпадує значно більший ніж вік Всесвіту, що створило спостережувані наслідки для непрямого виявленнятемної матерії.

Посилання та джерела

Рябов В А, Царев В А, Цховребов А М «Поиски частиц темной материи» УФН 178 1129—1164 (2008)