Есть ли смысл продолжать поиски темной материи на Земле?

Большой подземный ксеноновый детектор (LUX) недавно опубликовал результаты 1 о том, что они не обнаружили признаков темной материи 2 после примерно 3-месячного поиска этой весной и летом. Группа LUX планирует провести весь 2014 год в поисках взаимодействия темной материи с жидким ксеноном. (Кажется, я где-то читал, что они планируют удвоить количество ксенона, но не могу найти ссылку, подтверждающую это).

В начале прошлого года исследователи из Чили сообщили, что в окрестностях Солнца нет значительного количества темной материи 3 . Они изучили 4 движения около 400 звезд в радиусе 13 000 световых лет от Солнца, и вся материя приходится на то, что мы видим: газ, пыль, звезды и т. д., а для темной материи мало места.

Имеет ли смысл продолжать поиск темной материи с помощью метода прямого обнаружения, когда исследования показывают, что в окрестностях нашего Солнца нечего искать?

Имеет ли смысл строить более чувствительные детекторы космического базирования?

1 препринт, Акериб и др., 2013 г.

2 статья, К Джепсен, журнал Symmetry, 2013 г.

3 статья, ESO, Phys.Org, 2012 г.

4 препринт, Моно Байдин и др., 2012 г.

Большинство прямых экспериментов с темной материей были и продолжают повышать чувствительность. Эти эксперименты представляют собой новый горизонт низкофоновой аппаратуры, они деликатны, сложны и дороги в постройке и эксплуатации. Финансирующие агентства выделяют деньги на такие вещи поэтапно, чтобы позволить экспериментам показать, что они могут достичь поставленных целей, прежде чем получат все деньги.
Сейчас происходит то, что некоторые машины начинают проникать на новую территорию чувствительности и могут начать отсеивать некоторые модели и некоторые части разрешенного фазового пространства. Поэтому они публикуют одну или две ранние статьи, пока им еще предстоит значительное улучшение. Пока две или три машины не приблизятся к своим проектным целям с отрицательными результатами, никто не будет настаивать на изменениях в текущей программе.
@dmckee: Дело не в деньгах, а в успехе. Если исследования говорят, что поблизости нет темной материи для прямого поиска, не должны ли мы сосредоточить наши усилия на максимизации непрямых поисков?
Я предполагаю, что наши комментарии пересекаются в редакции, но я повторюсь. Мы еще не дошли до пределов этого круга возможностей прямого обнаружения и только начали говорить что-то новое. Предполагать, что пришло время уйти сейчас, это все равно, что сказать Льюису и Кларку собраться, потому что они добрались до Небраски, так ничего и не изучив. Нынешний двухсторонний подход разрабатывался годами, поскольку он чувствителен к различным моделям .
@dmckee: Это разумный ход мыслей. Если вы превратите это в ответ, я с радостью приму его.
Анализ Моно Байдина был полностью ошибочным, что и продемонстрировал Скотт Тремейн, один из мировых экспертов по галактической динамике (он буквально написал учебник по этому вопросу). Его анализ тех же данных фактически полностью соответствовал ожидаемому количеству темной материи. Вывод: никогда не верьте раздутым пресс-релизам.
Пульсар прав. У нас есть все основания полагать, что количество темной материи в наших окрестностях составляет ~0,4 ГэВ/см^3. Мы знаем только, что это число усреднено по области размером ~100-1000 пк, поэтому локально оно может быть больше или меньше. Но заявление Мони Бидина было просто неверным.
Один нетехнический момент: для источников, которые вы цитируете, было бы более привычным помещать гиперссылки непосредственно в ваш пост, а не в виде концевых сносок. Например, "...(LUX) недавно опубликовал результаты , которые..." Я не редактировал сам, потому что не был уверен, что у вас была конкретная причина написать это так, как вы это сделали. (Кроме того, особенно для такого актуального вопроса, я бы рекомендовал подождать некоторое время, например, день или два, прежде чем принимать ответ.)
@DavidZ: я видел, как другие пишут Q в этой форме (например, Бен Кроуэлл), поэтому я попробовал это - я думаю, что я действительно ссылаюсь на «нормальный» способ. И мне нужен ответ, прежде чем я смогу его принять :D
С несколько иной точки зрения некоторые расширенные модели гравитации, выходящие за рамки общей теории относительности, предсказывают кривую вращения галактики на основе чисто геометрических формулировок гравитации без привлечения темной материи. При этом повышение чувствительности и поиск темной материи по-прежнему очень важны, потому что это может отдать должное этим модифицированным теориям в случае необнаружения (например, Λ ( ф ) Плебански Гравитация ( arxiv.org/abs/1204.3001 )).
@ArthurSuvorov: Часто, ф ( р ) теории гравитации все еще обращаются к темной материи, чтобы помочь объяснить некоторые нюансы, но они утверждают, что это более тяжелые элементарные частицы, а не несветящиеся частицы.
@julianfernandez: обратите внимание на комментарий Pulsar о том, что анализ Моно Бидина неверен. Таким образом, первый вопрос основан на ошибочной предпосылке. Тем не менее, второй вопрос по-прежнему актуален.
Мне все равно ...
Если в радиусе 13 000 световых лет от Земли нет темной материи, то почему космические детекторы лучше земных? Мы не можем посылать детекторы так далеко.

Ответы (2)

Короче говоря, да, имеет смысл продолжать поиск темной материи с помощью наземного оборудования прямого обнаружения.

Даже в том случае, если в окрестностях Солнца нет значительного количества темной материи, это единственная область, которую мы в настоящее время можем исследовать с помощью прямого обнаружения. Поэтому вполне логично, что если мы ищем темную материю (а мы должны искать темную материю, потому что обнаружение было бы чрезвычайно полезно почти для всей физики), мы должны искать ее в единственном доступном нам месте.

Но это не значит, что мы не должны переходить на космический поиск, верно? Да и нет. Несомненно, космический детектор будет иметь больший диапазон мест тестирования и меньше наземных источников помех. Но это все преимущества. Помните, что мы ожидаем, что темная материя будет очень слабо взаимодействовать, если она вообще взаимодействует. Вот почему наземные детекторы находятся глубоко под землей и/или сильно экранированы (очень похожи на детекторы нейтрино, если подумать). В космосе степень экранирования детектора ограничена, потому что экранирование тяжелое, а тяжелое дорого .. Плюс в космосе гораздо больше радиации и источников помех, чем на Земле. Плюс, как правило, датчики космического базирования никогда не начинают соперничать по чувствительности с земными (то есть технология не соперничает с ней, чувствительность могла бы быть лучше, если бы космос производил меньше шума в данных, но это не будет в таком случае). Кроме того, опять же, чертовски дорого отправлять вещи в космос и извлекать данные. По цене космического корабля с низкой чувствительностью мы могли бы построить гораздо лучший детектор на Земле. И количество темной материи в областях космоса, где мы могли бы разместить такой детектор, вероятно, примерно такое же, как и здесь, на Земле.

Но, и это строго для протокола, давайте предположим, что есть какой-то небольшой изолированный очаг темной материи, который мы ожидаем найти в точке L2 Земли вокруг Солнца. Должны ли мы строить космические корабли, оборудовать детекторы и отправлять их туда? ДА! Должны ли мы прекратить строить или даже использовать детекторы на Земле? Нет. Зачем нам? Что, если нас не заметят из этого кармана? Или что, если мы не хотим постоянно отправлять дорогое новое оборудование? Мы можем делать и то, и другое: создавать космические детекторы и использовать детекторы Земли. Таким образом, даже если космические детекторы могут дать нам больше шансов на обнаружение, все равно имеет смысл продолжать использовать наземные детекторы.

Короче говоря, да, это совершенно нормально; имеет смысл продолжать поиски темной материи на Земле. Мы не можем расположить прямой детектор очень далеко от Земли. В конце концов, нам нужно прямое обнаружение, так что мы должны продолжить поиски. А датчики космического базирования дороже, менее защищены, сложнее в обслуживании и имеют больше источников ложных срабатываний, чем датчики на Земле.

Наука может сказать, что нам не следует этого ожидать или маловероятно, что мы найдем здесь темную материю. Но пока у нас нет лучших вариантов (и учитывая, что нам нужно искать), для нас все еще имеет смысл искать на Земле.

Было бы замечательно, если бы вокруг Земли не было темной материи. Насколько нам известно, предполагаемые свойства темной материи означают, что она должна быть достаточно плавно распределена. Если мы не можем найти его здесь, на Земле, почему мы должны искать его где-то еще? Поэтому имеет смысл максимально снизить пределы чувствительности здесь, на Земле.

Мони Бидин и др. настаивают на том, что в окрестностях Солнца нет (незначительной) темной материи, но измерения и интерпретация сложны, и многие расходятся во мнениях (например , Бови и Тремейн, 2012 ; Гарбари и др., 2011 ). Таким образом, с этой точки зрения, спорный тезис в вашем вопросе не должен быть достаточным, чтобы закрыть всю область исследований без гораздо более веских доказательств, которые достигают консенсуса.

Есть ли смысл продолжать поиски темной материи на Земле?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v