Недавно ученые сообщили об успешном запуске самого чувствительного в мире детектора темной материи под названием LUX-ZEPLIN (LZ). С его помощью ученые хотят обнаружить гипотетическую слабовзаимодействующую массивную частицу — вимп. Предполагается, что именно из них состоит неуловимая темная материя, которая как считается составляет большую часть нашей Вселенной, сообщает New Atlas.
Темная материя — гипотетическая форма материи, которая не взаимодействует с электромагнитным излучением и не испускает его, а проявляет себя только гравитационным воздействием.
Прямых доказательств существования темной материи в настоящее время нет, но косвенных множество. Все они основаны на специфическом поведении астрофизических объектов, в частности на аномально высокой скорости вращения внешних областей галактик.
Впервые о проблеме скрытой массы и возможном существовании темной материи заговорили в 1922 году британский и голландский астрономы Джеймс Джинс и Якобус Каптейн. Исследуя движение звезд в Галактике, они пришли к выводу, что подавляющая часть вещества в ней невидима. Впоследствии множество других наблюдений за нашей и другими галактиками подтвердили это предположение, причем параметры невидимой материи в целом согласовывались между собой, несмотря на разницу в методах и объектах наблюдения. Сегодня, когда в игру включилась и еще более загадочная темная энергия, ускоряющая разбегание галактик, признано, что общая масса-энергия наблюдаемой Вселенной состоит на 4,9% из обычной барионной материи, на 26,8% — из темной материи и на 68,3% — из темной энергии.
Существует множество кандидатов на роль частиц, составляющих темную материю, из которых наиболее популярны вимпы (WIMP, weakly interacting massive particles) — слабо взаимодействующие массивные частицы (среди них гипотетическое тяжелое или «стерильное» нейтрино), однако все попытки обнаружить их пока результата не принесли.
Недавно в исследовательском центре Стэнфорда сообщили, что запуск LUX-ZEPLIN (LZ) прошел успешно, и на данный момент он является самым чувствительным в мире детектором темной материи. Он как минимум в 50 раз более чувствителен к возможным сигналам темной материи, чем его предшественники. С помощью этого детектора ученые хотят в течении 1000 дней обнаружить вимп.
В коллаборацию проекта LZ входят около 250 ученых из 35 учреждений США, Великобритании, Португалии и Кореи.
По словам ученых, вимпы или слабовзаимодействующие массивные частицы появились в ранней Вселенной и все еще путешествуют по космосу. Если эти вимпы действительно существуют, то они обязательно будут вступать во взаимодействие с обычной материей с помощью гравитационного и слабого взаимодействия с ядрами атомов.
Детектор находится в Южной Дакоте под землей на глубине 1,5 км и представляет собой огромный резервуар, в котором находится 7 тонн сверхчистого жидкого ксенона. Внешний резервуар заполнен водой, чтобы защитить эксперимент от попадания других частиц, таких как нейтроны. Эти емкости имеют множество датчиков для обнаружения элементарных частиц. Когда вимпы будут проходить сквозь атомы ксенона они произведут вспышку излучения и выбьют электрон из ядра атома. Таким образом ученые смогут их идентифицировать.
Датчики, которые расположены на внешнем резервуаре с водой помогут ученым обнаружить известные элементарные частицы, чтобы события, происходящие в резервуаре с ксеноном, были максимально ясными для понимания и обнаружения гипотетических вимпов. Таким образом ученые впервые надеются увидеть темную материю.
Если не темная материя, то что?
Сама по себе тёмная материя является лишь одной из многочисленных теорий. И у неё есть оппоненты. Так, члены университета Южной Дании опубликовали исследование, по которому дополнительный вес космических объектов создаёт не тёмная материя, а другие законы гравитации, действующие в более глобальных масштабах. Их исследование предусматривает, что каждое плотное космическое тело, как например Солнце, окружено невидимой сферой, из-за которой гравитационное воздействие усиливается, лёгкие же объекты взаимодействуют с тяжёлыми сильнее, хоть и масса их остаётся прежней.
Параллельные вселенные. Эффект тёмной материи может быть логично объяснён взаимодействием видимой материи из наших обычных измерений с массивной материей из других (дополнительных, невидимых) измерений через гравитацию. При этом остальные типы взаимодействий эти измерения и эту материю в них не могут никак ощутить, не могут с ней взаимодействовать. Материя в других измерениях (фактически в параллельной Вселенной) может формироваться в структуры (галактики, скопления галактик, филаменты) похожим на наши измерения способом или формировать свои, экзотические структуры, которые в наших измерениях ощущаются как гравитационное гало вокруг видимых галактик.
Плазменная космология. Как теория она не непопулярна, так как отрицает развитие Вселенной по пути Большого Взрыва. Основой теории является предположение, что электрические силы являются более весомыми на больших расстояниях (масштаб галактики и скопления галактик), чем гравитация. Если допустить, что плазма заполняет всю вселенную и имеет хорошую проводимость, то она могла бы проводить огромные электрические токи. Такие токи создают мощное галактическое магнитное поле, которое в свою очередь формирует структуру как галактик, так и их скоплений. Наличие такого мощного поля легко объясняет формирование галактических рукавов (единого мнения о причине образования галактических рукавов пока нет), распределение скорости вращения галактических дисков от радиуса, устраняет необходимость введения гало из тёмной материи.
Как бы там ни было…
«Наш мир на 95% состоит из чего-то, о чем мы почти ничего не знаем. Можно по-разному относиться к такому не подлежащему никакому сомнению факту. Он может вызывать тревогу, которая всегда сопутствует встрече с чем-то неизвестным. Или огорчение, оттого что такой долгий и сложный путь построения физической теории, описывающей свойства нашего мира, привел к констатации: большая часть Вселенной скрыта от нас и неизвестна нам.
Но большинство физиков сейчас испытывают воодушевление. Опыт показывает, что все загадки, которые ставила перед человечеством природа, рано или поздно разрешались. Несомненно, разрешится и загадка темной материи. И это наверняка принесет совершенно новые знания и понятия, о которых мы пока не имеем никакого представления», — говорит кандидат физико-математических наук Игорь Сокальский.
✒️Подписывайетсь на наш Telegram канал «Гранит науки»
✒️Читайте нас на Яндекс Дзен
📩У нас есть страница на Facebook и Вконтакте
📩Журнал «Гранит Науки» в Тeletype
📩Прислать статью glavred@un-sci.com
📩Написать редактору glavred@un-sci.com