Нейтринный телескоп не обнаружил избытка событий, но позволил в 2–3 раза сократить допустимый диапазон параметров
30 сентября 2026, 22:32Наука и космосDarth Sahara0
Нейтринный телескоп ANTARES (Астрономия с нейтринным телескопом и проектом экологических исследований в бездне) не выявил статистически значимого излишка нейтрино, который мог бы свидетельствовать о аннигиляции частиц темной материи в центре Солнца. Однако анализ полного массива данных за 2007–2022 годы позволил улучшить предшествующие ограничения на взаимодействие гипотетических частиц темной материи с протонами в 2–3 раза. Результаты охватывают широкий диапазон масс WIMP-частиц.
WIMP (Слабо Взаимодействующие Массивные Частицы) остаются одним из наиболее известных кандидатов на роль темной материи. В соответствии с рассматриваемым сценарием, частицы из гало темной материи могут проходить через Солнце, сталкиваться с его ядрами, терять энергию и оказываться гравитационно захваченными. Постепенно накапливаясь в центре звезды, WIMP-частицы могут аннигилировать друг с другом, а продукты этих реакций способны производить нейтрино, которые покидают Солнце и достигают Земли.
Именно такие нейтрино искали исследователи. ANTARES располагался на глубине около 2,5 км в Средиземном море и функционировал с 2007 года до февраля 2022 года. Детектор фиксировал черенковское излучение, возникающее от заряженных частиц, формирующихся при взаимодействии высокоэнергетических нейтрино с веществом. Его 12 вертикальных нитей длиной по 450 м образовали трехмерную структуру из оптических модулей: на каждой нити 25 уровней, а на каждом уровне — по 3 модуля с фотоприемниками.
После предварительной проверки качества данных для анализа осталось 4551 день эффективной работы детектора — 12,47 года. Это почти втрое больше данных, чем в предыдущей наблюдательной кампании ANTARES 2007–2012 годов. Чтобы повысить чувствительность поиска, ученые применили 3 разных метода реконструкции событий: один был оптимизирован для нейтрино с энергиями ниже 100 ГэВ, второй — для промежуточного диапазона, а третий — для энергий выше 500 ГэВ. Включались и методы машинного обучения для восстановления параметров событий, зарегистрированных только одной линией детектора.
Анализ был проведен вслепую: реальные направления событий не использовались для выбора оптимальных критериев отбора до завершения настройки методики. Фон оценивался, перемешивая временные метки зарегистрированных событий, что позволяет сохранить характеристики данных, но исключить связь с движущимся по небу Солнцем для беспристрастного анализа. Для проверки статистики исследователи сгенерировали 10 000 псевдоэкспериментов для каждой комбинации массы WIMP-частицы, канала аннигиляции, метода реконструкции, критериев отбора и предполагаемого числа сигнальных событий.
Расчеты охватывали 17 значений массы WIMP: от 35 до 10 000 ГэВ/с². Для каждой массы рассматривались 3 эталонных канала аннигиляции. Спектры нейтрино моделировались с помощью программного обеспечения, учитывающего рождение нейтрино в Солнце, их взаимодействия и поглощение внутри звезды, а также осцилляции на пути к Земле.
Ни для одной из исследованных масс и каналов аннигиляции данные не продемонстрировали статистически значимого избытка по сравнению с ожидаемым фоном. Вместо однозначной регистрации сигнала ученые получили верхние пределы на поток солнечных нейтрино и, исходя из этого, на взаимодействия WIMP-частиц с протонами. Суммарные систематические неопределенности оценки составили около 20%.
Новые ограничения оказались в 2–3 раза строже предыдущих результатов ANTARES. Для спин-зависимого взаимодействия при массах WIMP выше 100 ГэВ/с² полученные ограничения конкурентоспособны с результатами других экспериментов и в рассматриваемых сценариях аннигиляции могут быть строже ограничений прямого поиска. Для спин-независимого взаимодействия прямые эксперименты дают более строгие пределы.
Таким образом, отсутствие однозначного сигнала от Солнца не говорит о том, что гипотеза WIMP в поисках темной материи исключена. Результат ANTARES демонстрирует, какие значения сечения взаимодействия и массы частиц уже плохо согласуются с наблюдениями, и расширяет совокупность экспериментальных ограничений на одну из наиболее изучаемых моделей темной материи для будущих исследований.
Источники:arXivНаука и космос0космосСолнечная системаТёмная материяГелиофизикаНейтриноIceCube29 минут назад
Источник