«Невозможная» частица, упавшая на Землю, могла быть темной материей

Частица чрезвычайно высокой энергии, которая была замечена прорывающейся сквозь Землю, сбивала ученых с толку с тех пор, как была обнаружена. Хотя многие исследователи считают, что эта частица была необычным нейтрино, некоторые теперь предполагают, что это может быть что-то еще более дикое: частица темной материи, путешествующая по космосу.

Детектор KM3NeT у берегов Италии обнаружил это «невозможное» нейтрино в 2023 году, когда он еще находился в стадии строительства. Частица, о которой идет речь, имела огромные размеры, в 35 раз более энергичная, чем любая из виденных ранее. Откуда она взялась, остается загадкой, среди возможных источников — галактика с очень активной центральной черной дырой, известная как блазар, или фоновый источник нейтрино высокой энергии, пронизывающий вселенную.

У Бхупала Дева из Университета Вашингтона в Сент-Луисе, штат Миссури, и его коллег есть другая идея. Они предполагают, что событие могло быть вовсе не нейтрино, а частицей темной материи, врезавшейся в нашу планету, которая возникла из блазара. «Это открывает новый способ, которым вы можете действительно проверить темную материю», — говорит он. «Мы можем превратить эти нейтринные телескопы в детекторы темной материи».

Детекторам нейтрино и так приходится нелегко, поскольку эти частицы чрезвычайно малы и почти не имеют массы, редко взаимодействуя с материей, пока они пересекают космос. Когда они прибывают на Землю, они могут иногда врезаться в атомы, производя частицу, называемую мюоном, которую могут улавливать детекторы нейтрино, такие как KM3NeT и IceCube на южном полюсе.

IceCube видел доказательства сотен космических нейтрино с 2011 года, но никогда ничего столь энергичного, как открытие KM3NeT. Это сбивало с толку, потому что какой бы источник ни видел KM3NeT, IceCube тоже должен был его увидеть.

Дев говорит, что если входящая частица была темной материей, а не нейтрино, это могло бы объяснить эту загадку. МелкийПредсказанный путь входящей частицы означал, что ей пришлось пройти через большую часть Земли, чтобы достичь KM3NeT, чем IceCube, что увеличивало вероятность ее рассеивания в мюон. «Темная материя проходит через большую часть земной материи», — говорит Дев, — «и мы можем объяснить, почему IceCube ее не увидел».

Частица могла быть создана в блазаре, а затем запущена в сторону Земли в виде луча. Дев поддерживает эту идею, поскольку высокоэнергетические протоны в блазаре более эффективно передают свою энергию в темную материю, чем нейтрино, говорит он. Подавляющее большинство других событий, обнаруженных KM3NeTи IceCube, вероятно, все еще был бы нейтрино.

Пока не все в этом убеждены. «С точки зрения бритвы Оккама, это, вероятно, просто обычное нейтрино, обладающее исключительной энергией», — говорит Дэн Хупер из Университета Висконсин-Мэдисон. Однако, если это так, это даст нам метод поиска и изучения частиц темной материи, которые ранее никогда не были обнаружены. «Все были бы очень рады, если бы эти машины могли изучать не только нейтрино, но и темную материю», — говорит Хупер.

Ширли Ли из Калифорнийского университета в Ирвайне говорит, что эту идею можно будет проверить в будущем, поскольку любая поступающая частица темной материи должна производить два мюона в детекторе, когда она попадает на Землю, а не один, но детекторам в настоящее время не хватает точности, чтобы отличить две частицы от одного сигнала. «Это потенциально можно проверить, но при таких энергиях реконструкция мюона очень сложна», — говорит Ли.