Как белгородские учёные участвуют в поиске тёмной материи

Тёмное и неизведанное

В начале прошлого столетия астрономы стали догадываться, что видимая материя – то, что нас окружает, – это не всё, что есть во Вселенной. Наблюдая за галактиками, они обнаружили странную вещь: звёзды по мере удаления от центра галактики, не вращаются быстрее, согласно небесной механике – их скорость остаётся постоянной.

Это означало одно: масса галактик во много раз превышает массу входящих в неё звёзд. Учёным стало понятно, что где‑то должна присутствовать дополнительная масса. А чтобы сила тяготения удерживала галактики вместе, этой дополнительной массы должно быть много: в десятки раз больше, чем мы видим. По расчётам получается, что видимое и понятное нам составляет примерно 5 % от того, что есть во Вселенной. Всё остальное – неизведанное. Так появился термин «тёмная материя».

«Если бы я объяснял своему ребёнку, что такое тёмная материя, то он бы испугался, − уверен Александр Кубанкин. − Есть нечто, про что мы ничего не знаем. К примеру, представьте, что вместе с нами в этой комнате есть некий параллельный мир, пятое измерение, про которое многие говорят. То есть в комнате, помимо нас, ещё 100 человек. Может быть, эти люди живут рядом с нами, занимаются такой же деятельностью. Но мы их не видим, не можем пощупать. Так же и тёмная материя».

Александр Кубанкин в лаборатории радиационной физики БелГУ.
Фото Алёны Антоновой

«Видишь суслика?»

Учёные не знают, что представляет собой эта гипотетическая субстанция. Увидеть её невозможно. Спросите почему? Любой объект становится видимым, когда от него отражается свет. А тёмная материя ничего не излучает и не отражает.

Однако если мы не видим, это не значит, что этого нет. Тёмная материя взаимодействует с остальной Вселенной гравитационно, а её существование косвенно подтверждается как раз поведением объектов в галактиках.

«Её поиск – это основная задача в нашем мироздании. Она позволит понять, как устроена Вселенная», – объясняет Александр Сергеевич.

Считается, что частицы тёмной материи рождаются где‑то в Космосе, но попадают и на Землю. Вокруг планеты (маленького в масштабах мира шарика) огромный поток энергии, каждый квадратный сантиметр площади в секунду могут пронизывать 100 тыс. неизвестных нам частиц. Они способны взаимодействовать с окружающим миром только через силы слабых ядерных взаимодействий и гравитацию, поэтому‑то мы не можем их почувствовать.

Эксперимент

Сейчас учёные пытаются поймать тёмную материю в земных условиях. В мире проводят два крупных эксперимента по её поиску: первый – в США, второй – в Италии. В последнем участвует Международная лаборатория радиационной физики БелГУ.

Итальянский проект называется DarkSide («тёмная сторона» – прим. авт.). Над ним работают 70 организаций со всего мира. В рамках этого проекта изготавливают детектор диаметром около 30 м и высотой 10 м. При помощи его сверхвысокочувствительных датчиков учёные пытаются уловить частицы тёмной материи, чтобы её зафиксировать.

Детектор проекта DarkSide.
Фото с сайта phy.princeton.edu

БелГУ совместно с учёными из Курчатова и Москвы с прошлого года разрабатывают биометрические источники нейтронов, чтобы калибровать детекторы. В белгородской лаборатории тестируют источники нейтронов, из которых потом соберут единый механизм.

«Если мы что‑то измеряем, то должны быть уверены, что оборудование работает корректно, − говорит Александр Сергеевич. − Кто купит монитор, в котором поменяли все цвета? Работа такого монитора никого не удовлетворит. Чтобы привести всё в соответствие, мы должны провести процедуру калибровки – настройку самого детектора».

Учёные создали прототип источника нейтронов и уже получили все характеристики. Теперь осталось усовершенствовать модель, создать оригинал и отвезти его в Италию.

С источниками нейтронов в Белгороде закончат уже к концу этого года. А сам проект DarkSide завершится только тогда, когда зарегистрируют тёмную материю. На данный момент на него уже потратили 100 млн евро.

«В Италии создали два прототипа детекторов. На них проверяли, всё ли исправно работает, – объяснил Александр Кубанкин. – Теперь делают третий – DarkSide-20K. Из названия следует, что жидкий аргон, содержащийся в нём, будет весить 20 т. Это всё нужно, чтобы провести лишь один эксперимент по поиску тёмной материи».

Источник