Только что собранный ксеноновый детектор LUX-ZEPLIN в подземном исследовательском центре Сэнфорда, Южная Дакота, США, 26 июля 2019 года
- Источник:
Nick Hubbard, Sanford Underground Research Facility
Физики, возможно, совершили прорыв в поисках темной материи, обнаружив ее следы во время эксперимента на глубине около полутора километров под землей. Однако все же пока ученые не стали утверждать, что наконец-то обнаружили этот неуловимый космический компонент.
В , представленном 1 сентября на научной конференции в Японии, и в исследования, направленного для публикации в журнале Physical Review Letters, большая международная команда ученых сообщила о том, что зарегистрировала аномальный сигнал, который очень похож на тот, что гипотетически может произойти при столкновении частицы темной материи с атомом обычной материи.
Что такое темная материя
Обычная материя составляет звезды, планеты, людей и все остальное. Но, по оценкам астрофизиков, на ее долю приходится лишь около 15% всего вещества во Вселенной. Остальное считается темной материей, которая не излучает и не отражает свет, что делает ее невидимой для человеческого глаза и телескопов.
Ученые уверены в существовании темной материи из-за ее гравитационного воздействия на галактики. Предполагается, что благодаря ей галактики и их скопления не распадаются, несмотря на высокие скорости движения небесных тел.
Считается, что темная материя взаимодействует с обычной материей крайне редко, и эти взаимодействия крайне слабые. «Миллионы частиц темной материи могут проходить через наши тела каждую секунду, и все же почти ни одна из них никогда не будет взаимодействовать с атомами в наших телах», — объяснила в комментарии для Reuters соавтор исследования, астрофизик из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе .
Одна из ведущих гипотез заключается в том, что темная материя состоит из частиц, образовавшихся в ранней Вселенной и существующих до сих пор.
«Когда мы наблюдаем галактики и скопления галактик, мы видим, что они ведут себя так, как будто содержат гораздо больше массы, чем видимая нами материя. Таким образом, хотя мы не можем видеть саму темную материю, мы можем наблюдать, как действует ее гравитация».
«Темную материю можно рассматривать как космический клей, который помог сформировать такие галактики, как наш Млечный Путь. Без темной материи Вселенная развивалась бы совсем иначе, и структуры, которые в конечном итоге привели к появлению Солнечной системы, могли бы сформироваться иным образом», — добавила Камаха.
Как ищут темную материю
В штате Южная Дакота, на территории бывшего золотого рудника, на глубине полутора километров под землей находится исследовательский центр Сэнфорд. Там построена детекторная установка LUX-ZEPLIN (LZ), предназначенная для обнаружения частиц темной материи. В ее центре — большой резервуар цилиндрической формы, заполненный десятью тоннами жидкого ксенона.
Многочисленные датчики, установленные на резервуаре, регистрируют возникающие при столкновении сторонних частиц с атомами ксенона вспышки света, свойства которых позволяют определить тип частицы. LZ разместили глубоко под землей, чтобы защитить установку от космических лучей и других источников фонового излучения.
В чем состоит сделанное сейчас открытие
Анализируя данные, собранные датчиками LZ за период с марта 2023 по апрель 2025 года, физики обнаружили единичный импульс, который отличался от остальных фоновых сигналов. Ученые пришли к выводу, что, возможно, речь может идти о столкновении атома ксенона с так называемой WIMP-частицей (WIMP — аббревиатура от «слабо взаимодействующая массивная частица»). Вимпы — гипотетические кандидаты на роль частиц темной материи.
Все произошло по тому сценарию, который был просчитан для взаимодействия WIMP-частицы с атомом ксенона. Столкновение вызвало выброс небольшого количества энергии, слабую вспышку ультрафиолетового света и толчок ядра атома ксенона вперед (ядерную отдачу).
«Это может быть первым намеком на наблюдение темной материи», — отметил ведущий автор исследования Сэм Эриксен из Бристольского университета (Великобритания).
Он и его коллеги подчеркнули, что, хотя взаимодействие прошло именно так, как они и ожидали от WIMP-частицы, это всего лишь единичное наблюдение. «Важно отметить, что, поскольку это всего лишь одно событие, мы не утверждаем, что это темная материя», — осторожно высказался Эриксен.
Ну а пока темная материя остается одной из главных загадок, пока не решенных лучшими умами человечества.
