Глубоко под Черными холмами Южной Дакоты ученые охотятся за темной материей.
Насколько могут судить астрономы, изучающие наблюдаемую Вселенную, лишь около 5 процентов ее состоит из материи. Остальное, или подавляющее большинство, состоит из темной материи (около 27 процентов) и темной энергии (около 68 процентов).
Темная материя – это невидимая материя, которая не излучает свой собственный свет и взаимодействует с обычной материей только посредством гравитации, что мы можем наблюдать в галактиках и скоплениях галактик. Но учитывая, что ее, похоже, в пять раз больше, чем обычной материи, ученые, конечно же, ищут прямые доказательства ее существования.
Один из подходов к его поиску, возможно, парадоксальный, поскольку темная материя объясняет то, что мы видим в звездах и галактиках, – это отправиться под землю.
В мире существует несколько подземных объектов, где физики ищут признаки слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMPs), помимо прочего измеряя столкновения нейтрино. Идея заключается в том, что WIMPs должны постоянно проходить через Землю, когда она движется в космосе, поэтому для их обнаружения нам просто нужны детекторы, достаточно чувствительные, чтобы уловить эти слабые взаимодействия.
“В Стэнфордском эксперименте LUX-ZEPLIN две массивные электрические решетки создают электрическое поле в объеме жидкости, которое выталкивает высвобожденные электроны к ее поверхности”, – пояснил Хью Липпинкотт, доцент кафедры физики Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. “Когда они поднимаются на поверхность, их затягивает в пространство над жидкостью, заполненное газом ксеноном, и они ускоряются другим электрическим полем, создавая вторую вспышку света”.
“Два больших массива световых датчиков фиксируют эти две вспышки света, и вместе они позволяют исследователям восстановить положение, энергию и тип произошедшего взаимодействия”.
Эти детекторы впечатляют, и даже если они не выяснят, что такое темная материя, они могут помочь определить, чем она точно не является. Проблема, однако, в том, что если бы их разместили на поверхности, они обнаружили бы слишком много помех.
“На Земле нас постоянно окружает низкий, неопасный уровень радиоактивности, исходящий от микроэлементов – в основном урана и тория – в окружающей среде, а также космических лучей из космоса”, – продолжает Липпинкотт. “Цель поиска темной материи – построить как можно более чувствительный детектор, чтобы он мог увидеть темную материю, и разместить его в как можно более тихом месте, чтобы сигнал темной материи был виден поверх фоновой радиоактивности”.
По этой причине детекторы темной материи размещают глубоко под землей. В Онтарио (Канада) ученым приходится ежедневно опускаться на 2 километра под землю, идти дальше внутри действующей шахты, чтобы попасть в SNOLAB, самую глубокую чистую лабораторию в мире.
Эксперимент LUX-ZEPLIN, проводимый глубоко под Черными Холмами в Южной Дакоте, регистрирует около пяти событий в день, что гораздо меньше триллиона событий, которые он мог бы зафиксировать на зашумленной помехами поверхности. Однако ученые в этих зарегистрированных событиях темную материю пока не обнаружили. Но эксперименты продолжаются, и есть надежда, что глубоко под землей физики смогут найти доказательства существования всех недостающих вещей во Вселенной.
Читайте также: Внутри нашей Вселенной может существовать “темное зеркало”, в котором атомы не успели сформироваться