«Îíè íàõîäÿòñÿ âíóòðè ÿäðà»
Ïðîôåññîð ÌÈÔÈ Ìàêñèì Õëîïîâ î òåìíûõ àòîìàõ, ïîçèòðîííîé àíîìàëèè è ñèãíàëå ïîä çåìëåé
Óæå ìíîãî ëåò àñòðîôèçèêè áüþòñÿ íàä ãëàâíîé ãîëîâîëîìêîé ìèðîçäàíèÿ: ãàëàêòèêè âðàùàþòñÿ ñëèøêîì áûñòðî. Åñëè áû ñóùåñòâîâàëà òîëüêî âèäèìàÿ ìàòåðèÿ, ãðàâèòàöèÿ ðàçîðâàëà áû èõ â êëî÷üÿ. Çíà÷èò, åñòü íå÷òî, ÷òî ìû íå âèäèì, íî ÷òî îáëàäàåò ìàññîé,— ò¸ìíàÿ ìàòåðèÿ.
Äåñÿòêè ýêñïåðèìåíòîâ íå ñìîãëè «ïîéìàòü» íè îäíîé å¸ ÷àñòèöû. Ðîññèéñêèå ó÷åíûå èç ÍÈßÓ ÌÈÔÈ âìåñòå ñ êîëëåãàìè èç ÞÔÓ, Óíèâåðñèòåòà Òîð Âåðãàòà è INFN ïðåäëîæèëè íå ïðîñòî íîâóþ ÷àñòèöó, à öåëóþ «ò¸ìíóþ õèìèþ» è êîíöåïöèþ «ò¸ìíîãî àòîìà». Î òîì, ïî÷åìó ýòî íå ôàíòàñòèêà, êàê îáúÿñíèòü àíîìàëèþ äåòåêòîðà DAMA/LIBRA è ãäå èñêàòü ìíîãîçàðÿäíûå ÷àñòèöû, «Ú-Íàóêå» ðàññêàçûâàåò îäèí èç ðóêîâîäèòåëåé èññëåäîâàíèÿ, ïðîôåññîð êàôåäðû ôèçèêè ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö ÍÈßÓ ÌÈÔÈ Ìàêñèì Õëîïîâ. Âìåñòå ñ êîëëåãàìè îí ðàçðàáîòàë ìîäåëü, â êîòîðîé òåìíàÿ ìàòåðèÿ îáðàçóåò íåéòðàëüíûå «ò¸ìíûå àòîìû» èç ñâåðõòÿæåëîé ÷àñòèöû X è ÿäåð ãåëèÿ.
—  ÷åì ïðèíöèïèàëüíîå îòëè÷èå êîíöåïöèè «òåìíîé õèìèè» ñ àíàëîãàìè ýëåêòðîíîâ, ïðîòîíîâ è ôîòîíîâ îò ïðåæíåé îõîòû çà îäíîé-åäèíñòâåííîé ÷àñòèöåé òåìíîé ìàòåðèè?

— Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî íåèçáåæíûå ðàñøèðåíèÿ Ñòàíäàðòíîé ìîäåëè ôóíäàìåíòàëüíûõ âçàèìîäåéñòâèé, íåîáõîäèìûå äëÿ ðåøåíèÿ åå ïðîáëåì, ïðåäñêàçûâàþò î÷åíü øèðîêèé êðóã âîçìîæíûõ êàíäèäàòîâ íà ðîëü ÷àñòèö ñêðûòîé ìàññû. Ïðåæíþþ îõîòó çà îäíèì-åäèíñòâåííûì òèïîì ÷àñòèö ñêðûòîé ìàññû — ìàññèâíûìè ñëàáîâçàèìîäåéñòâóþùèìè ÷àñòèöàìè
(WIMPs — Weakly Interacting Massive Particles) — ñòèìóëèðîâàëè ðàñ÷åòû èõ ñîâðåìåííîé ïëîòíîñòè, ñîîòâåòñòâóþùåé íàáëþäàåìîé ïëîòíîñòè ñêðûòîé ìàññû, îæèäàíèå îòêðûòèÿ ñóïåðñèììåòðè÷íûõ ïàðòíåðîâ òàêèõ ÷àñòèö íà ÁÀÊ è âîçìîæíîñòü ðåãèñòðàöèè ÿäåð îòäà÷è îò ðåäêèõ ñîáûòèé ñòîëêíîâåíèÿ ýòèõ ÷àñòèö â ïîäçåìíûõ äåòåêòîðàõ. Îòñóòñòâèå ïîëîæèòåëüíûõ ðåçóëüòàòîâ — êàê ïîèñêà ñóïåðñèììåòðè÷íûõ ÷àñòèö â ÁÀÊ, òàê è ýôôåêòîâ ÿäåð îòäà÷è â ïîäçåìíûõ ýêñïåðèìåíòàõ — çàñòàâëÿåò îáðàòèòüñÿ ê àíàëèçó äðóãèõ âîçìîæíûõ ôîðì ñêðûòîé ìàññû.
Ïðîôåññîð ÍÈßÓ ÌÈÔÈ Ìàêñèì Õëîïîâ íà ôîíå ÁÀÊ
Ïðè ýòîì ãèïîòåçà «ò¸ìíûõ àòîìîâ» ïðèâëåêàåò òîëüêî îäíî-åäèíñòâåííîå îòêëîíåíèå îò èçâåñòíîé ôèçèêè — ñóùåñòâîâàíèå èõ -2Hå çàðÿæåííûõ ñîñòàâëÿþùèõ.
— Ñâåðõòÿæåëàÿ ÷àñòèöà X çàõâàòûâàåò ÿäðî ãåëèÿ, îáðàçóÿ íåéòðàëüíûé «ò¸ìíûé àòîì».  îáû÷íîì ìèðå ïîëîæèòåëüíûé ãåëèé è îòðèöàòåëüíûé ýëåêòðîí ïðèòÿãèâàþòñÿ è äàþò ñòàáèëüíûé àòîì. À ÷òî óäåðæèâàåò âàøó ïàðó? Âåäü ÷àñòèöà X è ÿäðî ãåëèÿ (He) — ýòî äâà òÿæåëîâåñà. Íå ðàçëåòÿòñÿ ëè îíè îò ìàëåéøåãî òîë÷êà?
— Íè â êîåì ñëó÷àå, ÷åì áîëüøå ìàññà ñîñòàâëÿþùèõ ñâÿçàííîé ñèñòåìû çàðÿæåííûõ ÷àñòèö, òåì áîëüøå èõ ýíåðãèÿ ñâÿçè. Ìþîí â 210 ðàç òÿæåëåå ýëåêòðîíà, è â ýêñïåðèìåíòàëüíî èññëåäóåìûõ ìþîííûõ àòîìàõ ñîîòâåòñòâåííóþ âåëè÷èíó äàþò èçìåðåíèÿ èõ ýíåðãèè ñâÿçè.  ñëó÷àå Õ ñèòóàöèÿ åùå áîëåå èíòåðåñíàÿ. Îíè ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ìíîãîçàðÿäíûé ýëåêòðîí, â ìèëëèîíû ðàç áîëåå òÿæåëûé, òàê ÷òî èõ ñâÿçíîå ñîñòîÿíèå ñ ÿäðîì âûãëÿäèò êàê àòîì Òîìñîíà — îíè íàõîäÿòñÿ âíóòðè ÿäðà è êîìïåíñèðóþò åãî ýëåêòðè÷åñêèé çàðÿä. Ïî ñóòè, ïîëó÷àåòñÿ íîâàÿ ôîðìà íåéòðàëüíîé ÿäåðíîé ìàòåðèè.
— Âî Âñåëåííîé âîäîðîäà ãîðàçäî áîëüøå, ÷åì ãåëèÿ. Ïî÷åìó ÷àñòèöà X â âàøåé ìîäåëè çàõâàòûâàåò èìåííî ÿäðî ãåëèÿ, à íå ïðîñòîé ïðîòîí? Ýòî ñëó÷àéíîñòü èëè ó ýòîãî âûáîðà åñòü ãëóáîêîå ôèçè÷åñêîå îáîñíîâàíèå?
— Êîíå÷íî, âîäîðîäà áîëüøå, è åñëè áû Õ áûëè ñâîáîäíû, òî îíè áû ïðåäïî÷òèòåëüíî ñ íèì ñâÿçûâàëèñü. Íî ïîñêîëüêó ýíåðãèÿ ñâÿçè ñ âîäîðîäîì â 16 ðàç ìåíüøå, ÷åì ñ ãåëèåì (ïðîïîðöèîíàëüíî êâàäðàòó çàðÿäà è ìàññå), â ïåðèîä, êîãäà îáðàçóåòñÿ ïåðâè÷íûé ãåëèé, òåìïåðàòóðà ñòîëü âûñîêà, ÷òî ñâÿçíûå ñîñòîÿíèÿ Õ ñ âîäîðîäîì äîëæíû áûòü ïîëíîñòüþ èîíèçîâàíû, òàê ÷òî, êîãäà â õîäå ðàñøèðåíèÿ Âñåëåííîé òåìïåðàòóðà óìåíüøàåòñÿ è Õ ìîãëè áû ñâÿçûâàòüñÿ ñ ïðîòîíàìè, ñâîáîäíûõ Õ ïðîñòî íå îñòàåòñÿ — âñå Õ óæå ñâÿçàíû ñ ãåëèåì.
— Ýòî çâó÷èò ïî÷òè êàê ìàãèÿ: íåâèäèìàÿ ÷àñòèöà, êîòîðàÿ ïî÷òè íè ñ ÷åì íå âçàèìîäåéñòâóåò, âäðóã «ïðèëèïàåò» ê ÿäðó íàòðèÿ è äàåò âñïûøêó. Îáúÿñíèòå ýòîò ïðîöåññ íà áûòîâîì óðîâíå.
— Íå ñîâñåì òàê. Ýòî íåéòðàëèçîâàííîå ÿäðî, ó íåãî ÿäåðíîå âçàèìîäåéñòâèå, çà ñ÷åò êîòîðîãî êîñìè÷åñêèå òåìíûå àòîìû, óïðóãî âçàèìîäåéñòâóÿ ñ ÿäðàìè âåùåñòâà çåìíîé ïîðîäû, òåðìàëèçóþòñÿ è äèôôóíäèðóþò ê öåíòðó Çåìëè.  óñëîâèÿõ ïîäçåìíûõ ýêñïåðèìåíòîâ îíè äèôôóíäèðóþò, ïðîõîäÿ ìåòð çà ñåêóíäó, èñïûòûâàÿ óïðóãèå ñòîëêíîâåíèÿ ñ ÿäðàìè. Íî â ðåäêèõ ñëó÷àÿõ îíè ñòàëêèâàþòñÿ íåóïðóãî è ïðèëèïàþò ê ÿäðàì. Ðàñ÷åòû ïîêàçûâàþò, ÷òî ïðèëèïàíèå ê íàòðèþ áîëåå âåðîÿòíî, ÷åì ê èîäó, â ýêñïåðèìåíòå DAMA/LIBRA, è ïðè òàêîì ïðèëèïàíèè âûäåëÿåòñÿ ýíåðãèÿ èìåííî â òîì äèàïàçîíå, â êîòîðîì ðåãèñòðèðóþòñÿ ñåçîííûå ñèãíàëû â ýòîì ýêñïåðèìåíòå.
— Ìíîãèå ñëûøàëè, ÷òî ýêñïåðèìåíò DAMA/LIBRA äåñÿòèëåòèÿìè íàáëþäàåò ñòðàííûé ñåçîííûé ñèãíàë, à áîëåå ñîâðåìåííûå è ÷óâñòâèòåëüíûå äåòåêòîðû âðîäå XENONnT íè÷åãî íå âèäÿò. Âàøà ìîäåëü îáúÿñíÿåò ýòî òåì, ÷òî ó ðàçíûõ ÿäåð ðàçíàÿ «ñïîñîáíîñòü» ëîâèòü òåìíûå àòîìû. Íî äëÿ îáû÷íîãî ÷åëîâåêà ýòî çâó÷èò êàê îïðàâäàíèå: «íàì íå ïîâåçëî, ó äðóãèõ ïðîñòî íå òîò ìàòåðèàë». Êàê âû ìîæåòå óáåäèòåëüíî äîêàçàòü, ÷òî ýòî íå îòãîâîðêà, à ðåàëüíîå ôèçè÷åñêîå ïðåäñêàçàíèå âàøåé òåîðèè?
— Çäåñü äåëî íå â ñåëåêòèâíîñòè, à â òîì, ÷òî ïîèñê WIMP îñíîâûâàåòñÿ íà ðåãèñòðàöèè ÿäåð îòäà÷è â îïðåäåëåííîì äèàïàçîíå ýíåðãèé.  óñëîâèÿõ ïîäçåìíûõ ýêñïåðèìåíòîâ òåìíûå àòîìû óæå òåðìàëèçîâàíû è îòäà÷à ÿäåð â óïðóãèõ ñòîëêíîâåíèÿõ çíà÷èòåëüíî íèæå ïîðîãà ðåãèñòðàöèè. Áîëåå òîãî, åñëè òåìíûé àòîì ïðèëèïàåò ê ÿäðó êñåíîíà, òî âûäåëÿåòñÿ ýíåðãèÿ, çíà÷èòåëüíî áîëüøàÿ, ÷åì îæèäàåìûé ýôôåêò îòäà÷è, è ýòè ñîáûòèÿ âîñïðèíèìàþòñÿ êàê ôîíîâûå.
— «Öåëûé òåìíûé ìèð ñî ñâîåé õèìèåé, ôèçèêîé è, êòî çíàåò, èñòîðèåé» — íàñêîëüêî äàëåêî ìîæíî çàéòè â ýòîé ôàíòàçèè? Ìîãóò ëè òàì áûòü òåìíûå ìîëåêóëû, òåìíûå ïëàíåòû, òåìíàÿ ýâîëþöèÿ? Èëè ýòî ÷èñòàÿ ïîýòè÷åñêàÿ ìåòàôîðà, à íà ñàìîì äåëå «òåìíàÿ õèìèÿ» ñâîäèòñÿ ê äâóì-òðåì òèïàì ÷àñòèö?
— Ôàíòàñòè÷åñêèå òîëüêî ñëåäñòâèÿ, ñòðîãî âûòåêàþùèå èç êîððåêòíîãî êâàíòîâîìåõàíè÷åñêîãî îïèñàíèÿ ñòðóêòóðû è âçàèìîäåéñòâèÿ òåìíûõ àòîìîâ. Âîçìîæíî, ýòîò òåðìèí íå ñîâñåì óäà÷íûé, ïîñêîëüêó íàâîäèò íà ìûñëü î òåìíîé õèìèè, â òî âðåìÿ êàê çäåñü ìû èìååì äåëî ñ íîâûì òèïîì ÿäåðíîé ìàòåðèè è íîâûì âèäîì ÿäåðíûõ ïðîöåññîâ. Ìû ñåé÷àñ òîëüêî ïðèñòóïàåì ê àíàëèçó âñåé ïîëíîòû èõ ôèçè÷åñêèõ è àñòðîôèçè÷åñêèõ ïðîÿâëåíèé. Ãëàâíîå íîâîå ôèçè÷åñêîå ÿâëåíèå — ñòàáèëüíûå ìíîãîçàðÿäíûå ÷àñòèöû. Èõ ïîèñê íà ÁÀÊ ìîæåò ëèáî èñêëþ÷èòü íàøó ãèïîòåçó, ëèáî ýêñïåðèìåíòàëüíî ïîäòâåðäèòü å¸, ïðîëèâàÿ ñâåò íà ïðèðîäó ò¸ìíîé ìàòåðèè è â òîì ÷èñëå îòêðûâàÿ ïðîðûâ â ÿäåðíîé òåõíîëîãèè.
Ñåðèÿ ñîîáùåíèé "Íàóêà (5)":
×àñòü 1 - Ãðàíòû ïðàâèòåëüñòâà ÐÔ - äåñÿòè ïîáåäèòåëÿì
×àñòü 2 - Ïðåöèçèîííûå ðåçóëüòàòû â ìþîííîé ôèçèêå
...
×àñòü 44 - Äà¸øü "ñóâåðåííûé "êîëëàéäåð"!
×àñòü 45 - Íîâûé óðîâåíü îáðàáîòêè äàííûõ ýêñïåðèìåíòà
×àñòü 46 - Ïðåäëîæåíà êîíöåïöèÿ «ò¸ìíîãî àòîìà»
×àñòü 47 - Êàê è ïî÷åìó â ÎÈßÈ äîðîæàò ñâîåé èñòîðèåé
×àñòü 48 - Ìåðñè — ÁÀÊó
×àñòü 49 - Ôîðóìà «Òåõíîïðîì-2026» äàñò ñòàðò ÑÊÈÔó
×àñòü 50 - Ñ çàñåäàíèÿ Ñîâåòà ïî íàóêå è îáðàçîâàíèþ ÐÔ
×àñòü 51 -  Äóáíå çàðàáîòàë öèêëîòðîí íà òÿæåëûõ èîíàõ