Ученые предлагают использовать Юпитер в качестве детектора темной материи
Природа темной материи была предметом горячих споров на протяжении десятилетий. Если это тяжелая, медленно движущаяся частица, то вполне возможно, что нейтрино могут испускаться во время взаимодействия с обычной материей. В новой статье опубликованной в arXiv, предполагается, что Юпитер может быть местом, где можно наблюдать, как это происходит.
Он обладает достаточной гравитацией, чтобы захватывать частицы темной материи, которые можно обнаружить с помощью водного черенковского детектора. Исследователи предлагают использовать водный черенковский детектор для наблюдения за избыточными нейтрино, прибывающими со стороны Юпитера с энергиями от 100 МэВ до 5 ГэВ.
Юпитер — самая большая планета в Солнечной системе, достаточно большая, чтобы поглотить все планеты и оставить немного места в запасе. Он состоит в основном из водорода и гелия и лишен твердой поверхности. Из всех планет Юпитер имеет мощное магнитное поле и сильное гравитационное поле. Его гравитационное поле настолько мощное, что на протяжении многих лет оно притягивало и даже уничтожало кометы, такие как комета Шумейкера-Леви 9 в 1994 году. Из всех особенностей, видимых в атмосфере планеты, гигантский шторм, известный как Большое Красное Пятно, является, безусловно, самым заметным.
Планеты в солнечной системе до сих пор были бы последним местом для охоты за темной материей. Эта таинственная штука невидима для всех обычных методов обнаружения, но считается, что она составляет 27% Вселенной, перевешивая видимую материю на 5% (большая часть остатка состоит из темной энергии). Как следует из ее названия, темная материя не испускает, не поглощает и не отражает свет, что затрудняет ее наблюдение. Ее существование было выведено из гравитационных эффектов на галактики, скопления галактик и самые крупные масштабные структуры Вселенной. Несмотря на ее известность во Вселенной, ее природа остается в значительной степени неизвестной.
Темная материя измеряется в ГэВ, поскольку это стандартный метод в физике высоких энергий для выражения массы частиц. До недавнего времени попытки обнаружить темную материю основывались на экспериментах, в которых темная материя рассеивалась с электронами, протонами или нейтронами в детекторе. Взаимодействия вызывают передачу энергии, которая затем обнаруживает присутствие темной материи.
В статье Сандры Роблес из Королевского колледжа Лондона и Стефана Мейген-Бергера из Мельбурнского университета они предлагают и вычисляют уровень аннигилирующих нейтрино темной материи внутри Юпитера и могут ли они быть обнаружены с помощью существующих нейтринных обсерваторий. Команда также предлагает способ использования водных черенковских детекторов, которые предназначены для обнаружения высокоэнергетических частиц, таких как нейтрино или космические лучи. Это достигается путем улавливания черенковского излучения, испускаемого при прохождении через воду. Чтобы дать контекст процессу, излучение является оптическим и возникает, когда заряженная частица движется через среду, такую как вода, производя слабую вспышку синего света.
Команда предполагает, что Юпитер является идеальным местом для поиска темной материи с использованием детекторов черенковского излучения. Его низкая температура ядра и значительное гравитационное притяжение означают, что он может захватывать темную материю и удерживать ее. Присутствие нейтрино в направлении Юпитера показывает захват и уничтожение темной материи. Похожая техника используется при наблюдении за Солнцем.