СТРАННЫЙ УДАР В ЛОВУШКЕ ДЛЯ ТЁМНОЙ МАТЕРИИ

Тёмная материя составляет большую часть вещества во Вселенной, но никому ещё не удалось поймать ни одной её частицы. Десятилетиями главными кандидатами были медленные тяжёлые частицы, называемые WIMP (вимпы). Гигантские баки с жидким ксеноном, спрятанные глубоко под землёй, ждут, когда одна из них ударит ядро ксенона и заставит его отскочить.

Одно событие, которое не вписывается

Эксперимент LUX-ZEPLIN (LZ) недавно расширил поиски на более сильные столкновения. В основном энергетическом окне, от 5,4 до 50 килоэлектронвольт, он не увидел ничего необычного. Но выше он зарегистрировал одно-единственное событие с энергией 248 килоэлектронвольт — в области, где фонового шума почти не ожидается. Его локальная значимость — 3,4 сигмы: интригующе, но это не открытие.

Проблема — в кинематике. Чтобы так сильно ударить ядро ксенона, частица должна нести большой импульс — около 246 МэВ/c. Тёмная материя, медленно дрейфующая через нашу Галактику, на это не способна, если только она не очень тяжёлая — тяжелее примерно 74 масс протона. Но тяжёлые модели такого рода в основном исключены тишиной при низких энергиях.

Быстрые лёгкие частицы от умирающих чёрных дыр

Другой способ нанести такой удар — частица лёгкая, но чрезвычайно быстрая. Естественный источник — первичные чёрные дыры, которые, согласно некоторым теориям, образовались в самой ранней Вселенной. Те, что имеют массу астероида — от 10¹¹ до 10¹³ граммов, — должны испаряться сегодня за счёт излучения Хокинга, испуская все виды частиц легче их температуры, возможно, включая и тёмную материю.

Джитумани Калита из Индийского технологического института в Гувахати рассчитал, что такой поток вызвал бы внутри LZ. Чтобы произвести удар в 248 кэВ, налетающей частице нужна энергия около 123 МэВ.

Почему это не работает

Излучение Хокинга тепловое: оно даёт гораздо больше низкоэнергетических частиц, чем высокоэнергетических. Частицы с энергией 20–50 МэВ экспоненциально многочисленнее, чем частицы с 123 МэВ. Поэтому на каждый сильный удар приходился бы поток слабых — именно там, где LZ ничего не увидел.

Предсказанные спектры отдачи в ксеноне: обе модели дают гораздо больше событий при низкой энергии (слева), чем при 248 кэВ (пунктир). — Рисунок 1, Kalita (2026), arXiv:2609.29462.

Автор проверил два стандартных пути обхода:

• Столкновения, которые усиливаются с ростом переданного импульса. Даже самый экстремальный вариант оставляет всплеск событий около 20–30 кэВ, примерно в 100 раз выше частоты при 248 кэВ.
• Частицы, которые при ударе переходят в чуть более тяжёлое состояние. Этот приём работает для медленной тёмной материи. Но для таких быстрых частиц небольшая энергетическая цена пренебрежимо мала: избыток при низких энергиях остаётся более чем в 1000 раз больше сигнала.

Его вывод — строгий запрет (no-go): событие в LZ не может быть вызвано тёмной материей, испущенной испаряющимися первичными чёрными дырами.

Неудача, которая всё же учит

Если перевернуть аргумент, он становится измерением. Раз LZ не увидел потока низкоэнергетических событий, такие чёрные дыры не могут быть распространены. Для чёрных дыр массой около 2 × 10¹¹ граммов они могут составлять не более примерно миллионной доли всей тёмной материи (90-процентный уровень достоверности). Выше 10¹³ граммов ограничение быстро ослабевает: такие чёрные дыры слишком холодны, чтобы иметь значение.

Верхние пределы доли тёмной материи, состоящей из первичных чёрных дыр, в зависимости от их массы: заштрихованная область исключена. — Рисунок 2, Kalita (2026), arXiv:2609.29462.

По словам автора, детекторы, построенные для поиска медленной тёмной материи, могут таким образом исследовать и быстрые частицы, которые испускали бы испаряющиеся чёрные дыры.

Что остаётся открытым

Это теоретическая работа одного автора об одном событии. Истинное происхождение удара в LZ остаётся неизвестным: статья исключает одно объяснение, но не предлагает другого.