Бозон Хиггса переходит на темную сторону?

Пока теоретики считают массу нового бозона Хиггса, экспериментаторы ловят нейтрино в коллайдере и строят ловушки для темной материи. Как и зачем они это делают, разбирался наш обозреватель.

Объяснить одним махом

Руководитель лаборатории теории ядра и элементарных частиц им. Фока Санкт-Петербургского государственного университета Сергей Афонин предсказал возможность существования второй разновидности бозона Хиггса — ​той самой «частицы бога», благодаря которой все остальные элементарные частицы обрели массу.

По мнению ученого, второй бозон участвует в образовании темной материи. «Есть довольно старая, но все еще привлекательная идея о том, что существуют другие бозоны Хиггса, которые влияют на «стандартный» бозон, — отмечает Сергей Афонин. — ​Расширение Стандартной модели хотя бы на одну такую частицу может одним махом объяснить многие нестыковки».

Сергей Афонин разработал теоретическую модель, которая позволила посчитать массу второго бозона — ​он примерно в четыре раза тяжелее первого. Найденное значение поможет искать такую частицу в экспериментах на Большом адронном коллайдере (БАКе) и других мощных ускорителях.

Ловушка для WIMP

Физики давно пытаются поймать темную материю, но пока ни один детектор не регистрировал слабовзаимодействующие массивные частицы (weakly interacting massive particle, WIMP). Это главные претенденты на роль частиц темной материи.

Очередную попытку готовятся предпринять в Институте ядерной физики (ИЯФ) им. Будкера Сибирского отделения РАН. Там разработали двухфазный (жидкость — ​газ) детектор на основе аргона и методику регистрации частиц темной материи в видимом диапазоне.

«Существуют прямые и косвенные методы поиска WIMP. К косвенным относят регистрацию продуктов аннигиляции частиц от различных астрофизических источников или поиск специфической картины разлета частиц при взаимодействии в коллайдерах, — рассказывает научный сотрудник ИЯФа Владислав Олейников. — ​Прямой же поиск производится в детекторах, предназначенных для наблюдения событий предполагаемого упругого рассеяния WIMP на атомных ядрах. Считается, что WIMP может рассеиваться на обычной материи, выделяя энергию, которую способен зарегистрировать чувствительный низкофоновый детектор. Регистрация WIMP прямым методом дала бы наиболее определенное доказательство того, что эти частицы ответственны за скрытую массу во Вселенной. Мы совместно с Новосибирским государственным университетом развиваем как раз это направление».

Энергичные нейтрино

Физики коллаборации FASER (forward search experiment — ​эксперимент по прямому поиску), среди которых есть специалисты Объединенного института ядерных исследований, впервые зарегистрировали нейтрино в результате столкновения протонов в БАКе. Ранее изучались нейтрино низких энергий, прилетевшие из космоса или полученные на атомных реакторах. FASER имел дело с частицами сверхвысоких энергий. Их ловили на детекторе в небольшом вспомогательном тоннеле ускорителя. Детектор сделан из свинцовых и вольфрамовых пластин, покрытых фотоэмульсией. Нейтрино, пролетая через металлические слои, оставляли следы на эмульсионной пленке. Фильтруя эти следы, ученые восстанавливали параметры нейтрино.

Изучение нейтрино высоких энергий важно для понимания действительно захватывающих явлений в астрофизике элементарных частиц, говорит Джейми Бойд, физик Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) и сопредседатель FASER.