Авторы статьи – сотрудники ПИЯФ НИЦ КИ - Малеев В.П. научный сотрудник лаборатории адронной физики ПИЯФ, член коллаборации АТЛАС на Большом Адронном Коллайдере. Занимается проблемами поиска "темной материи" а также поиском тяжелых дилептонных резонансов на БАК. Нарышкин Ю.Г. старший научный сотрудник лаборатории адронной физики ПИЯФ, член коллаборации АТЛАС. Занимается проблемами поиска "темной материи" на БАК.

За последние несколько лет в физике произошло по крайней мере два грандиозных события, повлиявших на наше представление о строении мира вокруг нас. В 2012 году в экспериментах ATLAS и CMS на Большом Адронном Коллайдере был обнаружен бозон Хиггса, предсказанный более 40 лет назад. А в 2015 году коллаборацией LIGO (USA Hanford Observatory) впервые были экспериментально зарегистрированы гравитационные волны, предсказанные А. Эйнштейном в Общей Теории Относительности.

Еще одной загадкой современной науки является так называемая "тёмная материя". Её существование следует из астрономических наблюдений. Впервые указание на существование некоего невидимого вещества в составе галактик было получено в 30-х годах прошлого века, когда было обнаружено отклонение радиальных скоростей галактик от расчетных значений. Тогда же и был введён термин «тёмная материя», чтобы обозначить новую субстанцию, не взаимодействующую электромагнитным образом и, следовательно, не испускающую света. Ещё одним подтверждением существования темной материи является эффект так называемого "гравитационного линзирования", когда скопления темной материи искажают изображения галактик.

Согласно последним данным космологических наблюдений наша Вселенная только на 5% состоит из обычной материи. На долю тёмной материи приходится 25%. А оставшиеся 70% составляет так называемая «тёмная энергия», про которую современная физика не может пока сказать ничего, кроме того, что она существует.

Природа тёмной материи тоже пока не известна. Известно только, что она взаимодействует с барионной материей, из которой построен мир вокруг нас, гравитационно и практически не участвует в других взаимодействиях. Экспериментальные попытки обнаружить тёмную материю можно подразделить на так называемые "прямые" эксперименты, в которых физики пытаются зарегистрировать результаты столкновений частиц "темной материи" с частицами Стандартной Модели. Такими экспериментами являются, например, эксперименты DAMA, XENON - Italy (Laboratori Nazionali del Gran Sasso) и др. Однако опубликованные в 2012 году данные астрофизических наблюдений говорят об отсутствии тёмной материи в большом объёме пространства вокруг Солнца. Что делает затруднительным обнаружение тёмной материи в «прямых» экспериментах на Земле, если конечно этот результат верен. Другой класс экспериментов – так называемые «косвенные» (или «непрямые») эксперименты, которые пытаются найти следы аннигиляции частиц тёмной материи в потоках космических лучей. Это эксперименты с использованием спутников, к ним, например, относятся эксперименты AMS и Pamela - спутники. В этих экспериментах обнаружены отклонения от предсказаний Стандартной Модели для соотношения электронов и позитронов в космических лучах. Однако однозначной интерпретации полученных результатов пока нет.

Если частицы тёмной материи способны аннигилировать в частицы Стандартной Модели, то возможен обратный процесс – рождение частиц тёмной материи в столкновениях частиц Стандартной Модели. Это делает возможным поиск частиц тёмной материи в коллайдерных экспериментах, в частности в экспериментах на Большом Адронном Коллайдере. Для этого не требуется создавать дополнительные детекторы, а можно получить результаты в ходе анализа уже накопленных данных. Такие исследования проводятся в экспериментах ATLAS и CMS. Лаборатория адронной физики ОФВЭ ПИЯФ активно работает над поиском тёмной материи в эксперименте АТЛАС. Основная сложность такого эксперимента состоит в том, что мы не можем зарегистрировать непосредственно частицу тёмной материи, а можем только установить её присутствие по косвенным признакам. В частности, по дисбалансу импульсов всех зарегистрированных частиц в одном столкновении.

Первые результаты анализа экспериментальных данных, накопленных в ходе Run I (2010-2012 гг) при энергии сталкивающихся пучков 7 ТэВ (2010-2011 гг) и 8 ТэВ (2012 год) не обнаружили отклонения от предсказаний Стандартной Модели. Предполагается, что в ходе Run II (2015-2018 гг) количество накопленных данных увеличится в 15 раз, при этом энергия сталкивающихся пучков увеличена до 13 ТэВ. И есть надежда на то, что частицы тёмной материи все-таки будут обнаружены.