Исходя из этих предположений, можно подумать, что найден идеальный кандидат на роль темной материи. Тем не менее физики скептически отнеслись к этой идее. На это есть две причины:
1. Если макросы являются компактными объектами наподобие коричневых карликов или черных дыр и по массе сравнимы с Солнцем, тогда их должно быть больше, чем видимых звезд. Только в этом случае они смогут быть ответственными за те эффекты, которые сейчас традиционно объясняются темной материей. Но тогда макросы отклоняли бы свет, идущий к Земле от звезд, то есть создавали бы эффект гравитационного линзирования.
2. Если бы ядерное вещество распределялось тонким «ковром» по всей Вселенной, оно взаимодействовало бы с самим собой и другим веществом, затрудняя процесс образования галактик в том виде, в как мы его знаем.
Ответ Старкмана на эти возражения заключается в следующем. Макросы вовсе не обязаны иметь слишком большую массу и повсеместно приводить к эффекту гравитационного линзирования; не должны они и «размазываться» тонким слоем повсюду, вступая во взаимодействие с чем попало. Они могут группироваться в шариках среднего размера, ни слишком больших, ни слишком маленьких, что вполне согласуется с существующими космологическими наблюдениями.
Частицы, рожденные в космосе
Вооруженные этой идеей, Старкман с коллегами принялись за поиски макросов средних размеров. Вначале они попытались понять, где могли появляться макросы с разрешенной наименьшей массой. Может быть, они оставили свой след в минералах, погребенных в недрах Земли, или на пластиковых щитах космической станции «Скайлэб», установленных специально для поимки рожденных в космосе частиц? Так и не найдя нигде ожидаемых сигналов, Старкман сделал вывод, что разрешенные массы макросов должны находиться в диапазоне от 50 граммов до массы горы Эверест.
Ученый Дэвид Джейкобс из Кейптаунского университета в Южной Африке, работающий над проектом вместе со Старкманом, надеется «услышать», как макросы пролетают в океане. Для этого он использует гидрофоны, которые применяются для изучения повадок китов или для отслеживания незаконно проводимых ядерных испытаний. Кроме того, в поисках макросов он планирует исследовать данные детекторов космических лучей: влетая в атмосферу Земли, макросы должны рождать характерный световой сигнал.
Но удача может улыбнуться и немного дальше от дома. Последняя экспедиция «Аполлона» оставила на Луне четыре сейсмометра. Среди прочего они могут зафиксировать и следы макросов. Эти сейсмометры достаточно примитивны; геологи-планетологи вынашивают планы по замене их на более совершенные приборы. Брюс Банердт из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене (штат Калифорния, США) и его коллеги хотят установить на Луне более чувствительную сеть лунных сейсмографов.
Открытие этих мельчайших эффектов имело бы грандиозное значение. Может оказаться, что экзотические частицы, выдуманные физиками и являющиеся предметом их интенсивного поиска, просто не существуют, а обычные элементарные частицы, которые мы знаем и любим, могут сочетаться друг с другом самым причудливым образом.
К чему может привести охота за темной материей?
Охотники за темной материей находятся на распутье в поисках ответа на вопрос: «Что же такое и как это работает?» До сих пор не существует никаких конкретных фактов, одни догадки и предположения.
Но вскоре положение дел может измениться. Важного прорыва можно ожидать с разных научных фронтов, ведь прямыми поисками темной материи занимаются в глубоких шахтах, а косвенно к ее открытию могут привести открытия, сделанные на космических телескопах или на Большом адронном коллайдере. Действительно ли участники экспериментов CoGeNT и DAMA/LIBRA обнаружили частицы темной материи? Может быть, темная материя рождает те гамма-лучи из центра нашей Галактики, которые наблюдал космический телескоп Ферми? Единого мнения по этому вопросу пока не существует, но время и новые научные данные все расставят по своим местам.
Если темная материя на самом деле состоит из слабо взаимодействующих массивных частиц, похожих на частицы, предсказываемые теорией суперсимметрии, успех не за горами. С другой стороны, если за ближайшие 10 лет не удастся обнаружить подобные сигналы, то ученым придется расстаться со своими гипотезами о темной материи и создавать новые. Возможно, темная материя полностью инертна и вообще не взаимодействует с обычным веществом. Если это так, ее никогда не удастся обнаружить, какие бы эксперименты ни придумывали физики. Такой исход – самый большой кошмар для всех охотников за темной материей.
Интервью: поиски «луча» темного света
Есть ли у темной материи свои собственные «темные силы»? Единственный способ найти их – объявить на них охоту, говорит Тим Нельсон, физик из Национальной ускорительной лаборатории SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) в Менло-Парк (штат Калифорния, США).
Почему вы думаете, что существует пятая сила?
Мы хорошо знаем о четырех фундаментальных силах в физике, ответственных за гравитационное, электромагнитное, сильное ядерное и слабое ядерное взаимодействие. Но по-прежнему существует шанс, что есть еще одна сила, которую мы пока еще не замечаем, возможно, потому, что она слишком слабая. Долгое время ученые стремились найти эту новую силу. В настоящее время основной целью является поиск таких сил, которые действуют в основном на темную материю. Я вдохновлен такой идеей: точно таким же образом, как нормальная материя состоит из частиц, на которые действуют различные силы, темная материя представляет собой самую легкую и наиболее стабильную составляющую еще не открытого «темного сектора» частиц и сил.
Каковы причины полагать, что этот темный сектор существует?
У нас все больше оснований так считать. Мы знаем, что темная материя существует и что она взаимодействует гравитационно – иными словами, обладает массой – и что значительное количество ее воплощено в частицах особого типа. Ученые ухватились за идею, что темная материя в основном состоит из частиц, называемых слабо взаимодействующими массивными частицами. Но поиски этих частиц, например с помощью подземных детекторов и Большого адронного коллайдера, ни к чему не привели, и мы покидаем те апартаменты, где мы могли бы их обнаружить. Тогда, если темная материя – это не просто слабо взаимодействующие массивные частицы, то остается вероятность того, что это различные типы темных частиц, взаимодействующих друг с другом с помощью особого набора своих собственных сил.
Означает ли это, что темная материя может быть весьма разнородной?
Да. Стандартная модель физики элементарных частиц оперирует со множеством частиц, включая фотон, который является переносчиком электромагнитного взаимодействия. Эта обычная материя составляет только одну шестую часть всего вещества во Вселенной. Все остальное – темная материя, так почему бы ей не быть разнородной? Если вы откроете эту концептуальную дверь, перед вами откроются врата новых возможностей. Но с чего-то надо начинать, и давайте рассмотрим самый простой на данный момент вариант: «темная сила» аналогична электромагнетизму. Отсюда появляется термин «темные фотоны».
