Темная материя: как ищут самое таинственное вещество Вселенной
Что такое темная материя
Темная материя — это материя, которая не вступает в электромагнитные взаимодействия (не испускает свет). Она составляет часть Вселенной, оказывает гравитационное воздействие и влияет на движение звезд в нашей и других галактиках. Темной материи отводят около 22% всего вещества во Вселенной.
Темная материя и антиматерия
Важно не путать антиматерию и темную материю. Несмотря на похожий флер таинственности вокруг обоих явлений и в определенном смысле аналогичные эпитеты, добавляющиеся к слову «материя» в названии каждого из них, это совершенно разные явления.
Антиматерия (или антивещество) — это вещество, состоящее из античастиц. Как и любое другое вещество, антивещество состоит из атомов, которые состоят в свою очередь из протонов и нейтронов (ядро атома) и электронов (внешняя оболочка атома). За тем лишь уточнением, что это антипротоны, антинейтроны и антиэлектроны. Последние, кстати, называются позитроны.
Тайная часть Вселенной
Темную материю ни разу в истории не удавалось обнаружить. Ее открыли теоретические физики в начале ХХ века, после чего несколько десятилетий шли исследования по уточнению ее характеристик. В 1980-х научное сообщество единогласно признала ее существование. Поиски привели команду из физиков и инженеров в бывшие золотые шахты под городом Лид в штате Южная Дакота.
Как будут ловить темную материю
Космические лучи и частицы постоянно попадают на Землю. Идея исследователей заключается в том, что их заблокирует прослойка из грязи и камня в шахте глубиной в 1,6 км, а затем два резервуара из титана. Частицы же темной материи смогут обойти эти препятствия. Ученые надеются, что одна из них влетит в бак с жидким ксеноном во втором резервуаре и врежется в ядро вещества. Если это произойдет, то образуется вспышка. Ее увидит устройство, которое называется «камерой проекции времени».
Сердце эксперимента — гигантский резервуар, который называется «криостат». Ведущий инженер проекта Джефф Червинка описывает его как «подобие термоса», сделанное из «самого чистого титана в мире». Он предназначен для сохранения жидкого ксенона холодным и поддержания минимального радиационного фона. Отсутствие примесей в сплаве улучшает функции металла.
Работа началась
В конце июля 2022 года ученые объявили, что после пятилетней постройки конструкции, которая обошлась в $60 млн, поиски темной материи наконец начались. Пока прибор ничего не обнаружил. По словам исследователей, это нормально: оборудование работает и отфильтровывает фоновое излучение. Физик Картер Холл из Университета Мэриленда подчеркивает: «Для поиска темной материи задача номер один — сначала избавиться от всех обычных источников излучения. Они могут мешать эксперименту, влияя на точность устройства».
Какова вероятность найти темную материю
Если все расчеты и теории верны, то в ближайший год ученые увидят лишь пару мимолетных признаков темной материи. По оценкам команды из 250 человек, в течение дальнейших нескольких лет они получат в 20 раз больше данных. К моменту завершения эксперимента вероятность обнаружения темной материи с помощью устройства будет в диапазоне 10–50%. По словам участника опыта Кевина Леско, «нужно немного энтузиазма — нельзя заниматься экспериментальной физикой без некоторой надежды что-то найти».