Охота на темную материю: заключительная фаза эксперимента LUX

Ученые говорят о переходе к решающей стадии в исследовании темной материи – самых загадочных частиц Вселенной

Эксперимент проводится в нижней части золотого рудника в Южной Дакоте (США). Темная материя, по словам ученых, может составлять более 80% всего космоса, однако никому еще не удавалось увидеть это вещество. Первые результаты, которые предоставил ученым детектор под названием LUX, показали, что ученые оказались как никогда близко к разгадке этой тайны Вселенной. Это самый мощный эксперимент из когда-либо проводившихся в своем роде, сообщается в BBC News.

Регистрация слабо взаимодействующих массивных частиц

В ближайшие недели эксперимент войдет в 300-дневную долгосрочную фазу, которая обеспечит первые прямые доказательства существования загадочных частиц.

В Блэк-Хиллс (Южная Дакота) специально оборудованная клетка опустится в темноту. На протяжении более 100 лет этот процесс был обычным делом для шахтеров, которые искали золото, залегающее глубоко в скалах. Сейчас подземные пещеры и туннели были преобразованы в высокотехнологичные лаборатории физиков. Ученые собираются осуществить полуторакилометровое путешествие под землю в попытке решить одну из самых больших тайн в науке.

«Мы вошли в XXI век, но до сих пор не знаем, из чего состоит большая часть материи во Вселенной», – говорит профессор Рик Гейтскелл из Университета Брауна в Род-Айленде, один из главных исследователей большого подземного эксперимента LUX.

Детектор LUX располагается на глубине трех километров. Фото с сайта sanfordlab.org

Ученые считают, что все вещества, которые мы можем видеть, – планеты, звезды, пыль и так далее, – это лишь малая доля того, из чего на самом деле состоит Вселенная. Некоторые полагают, что 85% материи во Вселенной составляет темная материя, некоторые говорят даже о 95%. Ученые продолжают выдвигать все новые и новые предположения о том, что представляет собой это вещество.

Теория, пользующаяся наибольшей популярностью в научных кругах, утверждает, что темная материя принимает форму слабо взаимодействующих массивных частиц. Учитывая, что 14 миллиардов лет назад, когда произошел Большой Взрыв, Вселенная была гораздо горячее, чем сейчас, огромное количество частиц распространилось повсюду. Поэтому этот пока непознанный материал должен содержаться вокруг в значительно больших объемах, чем мы себе представляем.

Ученые впервые предположили наличие темной материи по влиянию, которое это вещество оказывает на галактики, подобные нашей. Галактики не распадаются и не дают разлететься всему, что в них находится, благодаря некой силе (веществу), которая обеспечивает дополнительную массу и, следовательно, гравитацию, необходимую для поддержания порядка в системе.

Исследователи считают, что частицы темной материи протекают сквозь Землю ежесекундно и почти бесследно. Тем не менее, существует небольшая вероятность того, что темная материя иногда сталкивается с обычной, и эти следы ученые и пытаются зафиксировать. Профессор Гейтскелл говорит о возможном взаимодействии с космическими лучами, которые обладают чрезвычайной проникающей способностью.

Эксперимент

Внутри пещеры в шахте исследователи расположили детектор в контейнере из нержавеющей стали, имеющем высоту в два этажа. Контейнер наполнен 300 000 литров ультраочищенной воды, а значит, он полностью очищен от следов природных радиоактивных элементов, которые могли бы повлиять на результаты.

Детектор содержит в себе 370 килограмм ксенона – газа, который имеет очень необычное и в то же время полезное для ученых свойство: он производит вспышки света, когда в него врезаются частицы. Поэтому серия ярких искр может означать, что темная материя действительно существует.

Детектор помещен в емкость с ультраочищенной водой. Фото с сайта news.ucsb.edu

Тестовый запуск LUX в прошлом году на 90 дней не дал положительных результатов, но ученые надеются получить их в ходе нового эксперимента. Профессор Гейтскелл говорит, что взаимодействия интересующих ученых частиц могут быть обнаружены один раз в месяц или даже раз в несколько месяцев.

LUX – не единственный эксперимент по установке темной материи. Ученые пытаются создать темную материю в Большом адронном коллайдере, ее ищут телескопы в космосе в следах от столкновения крупных тел.

Конкуренция в этой сфере очень велика – ведь того ученого, который первым обнаружит темную материю, наверняка будет ожидать Нобелевская премия, – поэтому сразу несколько похожих экспериментов по всему миру работают в одном направлении.

Обнаружение темной материи изменит наше понимание Вселенной и откроет новую эру в фундаментальной физике. Однако есть вероятность, что теория о существовании темной материи неверна.

Доктор Джим Добсон, работающий при Университете Эдинбурга в Великобритании, видит и положительные стороны отрицательных результатов эксперимента: «Если мы проведем эксперимент, а затем еще один, но с уже более мощной версией LUX, и это все равно не даст нам ничего существенного, то это будет хорошим подтверждением того, что никакой темной материи нет».

Профессор Карлос Френк, космолог из Университета Дарема, говорит, что многие ученые направили огромное количество усилий на поиск темной материи, и доказательство ее отсутствия означало бы, что все эти годы, вся их научная карьера – все это было потрачено впустую. «Уж лучше бы мы тогда искали что-нибудь другое», – добавил Френк.