КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 24-22-00325
НазваниеПоиск объяснения позитронной аномалии в космических лучах с помощью скрытой массы
Руководитель Белоцкий Константин Михайлович, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" , г Москва
Конкурс №89 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-706 - Космология и микрофизика
Ключевые слова Космические лучи, скрытая масса, позитронная аномалия
Код ГРНТИ41.25.37
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проблема позитронной аномалии в космических лучах существует до сих пор. Одно из направлений поиска ее объяснения связано со скрытой массой Вселенной, а именно с предположением о ее распаде или аннигиляции с образованием позитронов в конечном состоянии. Наша группа внесла большой вклад в это направление. Уникальным достижением является явное указание на наличие проблемы согласования с данными по космическому гамма-излучению как минимально модельно-зависимой и предложение модели темного диска как возможного пути ее избегания. В развитие этого подхода смотрелись различные моды, распределения плотности темного диска, добавлялись новые наблюдательные данные. В связи появлением новых наблюдательных данных становилось ясно, что модель необходимо сильно дорабатывать. В связи с этим планируется в рамках проекта, развивая идею особого пространственного распределения компонент скрытой массы, перейти к другим видам распределения - модели колец, рукавов. Данные модели, конечно, могут отнесены, конечно, к распределению просто самих источников космических частиц (не обязательно скрытой массы). Также нами найдено перспективным направлением решения позитронной аномалии распадом/аннигиляцией скрытой массы с двухпозитронной модой. Это тоже планируется развить в рамках проекта.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Проведен анализ возможности описания позитронной аномалии с помощью модели скрытой массы в рамках модели колец. Получены оптимальные параметры профиля плотности и начальных частиц. Показано, что использование подобного распределения позволяет существенно снизить противоречие с данными по гамма-фону по сравнению с моделью диска.
Разработана модель скрытой массы в виде одного спирального рукава с произвольным числом оборотов вокруг Галактического центра. Проведен анализ возможности описания позитронной аномалии в рамках данной модели. Получены зависимости хи-квадрата от числа оборотов, толщины рукава и массы начальной частицы. Показано, что использование данной модели позволяет существенно снизить противоречие с данными по гамма-фону по сравнению с моделью диска и приводит к схожим с моделью колец результатам. Подготовлена статья “Скрытая масса с особым пространственным распределением как возможное объяснение позитронной аномалии в космических лучах”, которая была принята к публикации в журнале "Физика элементарных частиц и атомного ядра" (ЭЧАЯ) и выйдет в томе 56, вып.3, 2025 г. Перевод данной статьи на английский язык выйдет в журнале Physics of Particles and Nuclei (PEPAN), том 56, вып.3, 2025 г.
Разработана модификация программного пакета Гальпроп для возможности задания произвольного пространственного распределения ТМ с помощью файла с таблицей данных.
Исследованы процессы трёхчастичной рекомбинации в моделях скрытой массы с взаимодействием кулоновского типа. Разработан новый метод, позволяющий эффективно "нарабатывать" значительное количество прорекомбинировавших частиц.
Публикации
1. Белоцкий К.М., Соловьев М.Л. Скрытая масса с особым пространственным распределением как возможное объяснение позитронной аномалии в космических лучах Физика элементарных частиц и атомного ядра (год публикации - 2025)
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Работа посвящена разностороннему поиску решения проблемы позитронной аномалии с помощью скрытой массы. Были решены следующие задачи.
1) Проведена модификация GALPROP v57 с целью добавления возможности считывания спектра инжекции начальных частиц и профиля плотности скрытой массы из текстовых файлов, в которых необходимые данные записаны в виде простой таблицы. С использованием разработанной модификации проанализирована модель с “реалистичным” спиральным профилем плотности скрытой массы, повторяющим таковой у барионов. Рассмотренный профиль оказался бесперспективным по двум основным причинам: центральная область “засвечивает” спектр на низких энергиях, а спиральная структура имеет слишком большую толщину по оси z, не позволяя эффективно бороться с перепроизводством гамма-излучения.
2) Реализован математический алгоритм поиска пространственного распределения компоненты скрытой массы для объяснения позитронной аномалии. Решается обратная задача: из наблюдаемых на Земеле спектров космических позитронов и гамма-излучения получается пространственное распределение. Алгоритм использует методы линейной алгебры и адаптивной сетки. Он позволил принципиально (положительно) ответить о возможности решение аномалии в рамках подобного подхода.
3) Рассмотрены модели существования частиц скрытой массы со спинами 0, 1/2, 1, зарядами 0, +1, +2 и их моды распадов на электрон, позитрон и другие частицы. Было произведено моделирование процессов распада частиц с испусканием фотона в конечном состоянии и получены энергетические спектры. Была замечена малая разница в рассмотренных модах распада в зависимости от спина частицы. Получено, что в случае однозаряженной моды распада наблюдается наименьшее количество гамма-излучения. Для уточнения результатов также было получено аналитическое решение для «стандартного» случая.
4) В рамках направления, связанного с трёхчастичной рекомбинацией, выполнен детальный численный анализ параметрического пространства модели с учетом астрофизических ограничений.
Публикации
1. Белоцкий К.М., Калашников Д.С. Influence of three-body recombination on formation of dark atoms Physics, Open Access Journal by MDPI, Basel (год публикации - 2025)
2. БАСОВ Я.А., БЕЛОЦКИЙ К.М. Моделирование двухпозитронной моды распада частиц скрытой массы СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ФИЗИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ Сборник тезисов докладов XII Международной молодежной научной школы-конференции. Москва, 2025 Издательство: Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ", Москва, СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ФИЗИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ, Сборник тезисов докладов XII Международной молодежной научной школы-конференции. Москва, 2025. Страницы: 53-55 (год публикации - 2025)
3.
Басов Я.А.
Research of dark matter particle decays into positrons with suppression of FSR to explain positron anomaly
Proceedings of the 28th Workshop What Comes Beyond Standart model (p. 38)
Bled, Slovenia, July 6–17,
VOL. 26, NO. 1 (год публикации - 2025)
10.51746/9789612977351