Подземная лаборатория в Австралии начинает охоту на темную материю

В одной из частей шахты, где добывают золото, на глубине в 1025 метров под австралийским городом Ставелл (Stawell) открылась Подземная физическая лаборатория. В ней ученые хотят обнаружить невидимое вещество — темную материю, из которой, как считается состоит около 85% Вселенной, сообщает The Guardian.

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. 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.

Почему физики уверенны в гипотезе о темной материи недавно просто и интересно рассказывал Александр Анатольевич Базей, доцент кафедры теоретической физики и астрономии ОНУ Мечникова (Одесса) — лекцию можно послушать в нашем Telegram-канале.

Город Ставелл находится в 240 км от Мельбурна и именно здесь начнется охота за неуловимой темной материей. Подземная физическая лаборатория Ставелла – это уникальное в своем роде учреждение, которое является единственным в Южном полушарии.

По словам директора Центра передового опыта ARC по физике частиц темной материи Элизабетт Барберио, это место под землей лучше всего подходит для поиска частиц темной материи. Здесь нет влияния ни космического, ни солнечного излучения, а значит есть надежда поймать неуловимые частицы с помощью специального детектора темной материи.

Детектор будет состоять из семи цилиндров из кристаллов йодида натрия, заключенных в медные трубки. Они будут погружены в жидкость под названием бензол и заключены в 200 тонн стали.

Идея состоит в том, что столкновение между вимпом, который теоретически должен быть размером с атом, и обычной материей приведет к появлению энергии, обнаруживаемой в виде света. Кристалл йодида натрия теоретически должен вспыхнуть, если с ним столкнется темная материя. Команда надеется запустить детектор к следующему году.

После запуска детектора персонал должен будет снимать защитное снаряжение и принимать душ перед входом в лабораторию, чтобы свести к минимуму потенциальные источники радиоактивности. Стены лаборатории — ухабистые и слегка мягкие на ощупь — они покрыты торкрет-бетоном, герметиком, который сводит к минимуму выброс радиоактивного газа радона из подземной породы. А еще, сюда будет запрещено приносить бананы. «Богатые калием, они слегка радиоактивны»,- говорит Барберио.

Другие детекторы темной материи

Сейчас в Австралии проходит эксперимент ORGAN — это первый крупный детектор темной материи в стране, который недавно завершил поиск гипотетической частицы под названием аксион — популярного кандидата среди теорий, пытающихся объяснить темную материю. ORGAN наложил новые ограничения на возможные характеристики аксионов и тем самым помог сузить их поиск. В то время как подземный эксперимент Ставелла пытается наблюдать столкновения между темной и обычной материей, обнаружение аксионов направлено на прямое преобразование темной материи в свет.

Установка в Лаборатории подземной физики Ставелла очень похожа на другой детектор, который собирал данные под горой Гран-Сассо в Италии в течение двух десятилетий. Итальянский проект утверждает, что обнаружил темную материю, но его выводы были противоречивыми. Итальянский детектор уловил флуктуирующий сигнал, который достигает пика каждый июнь и ослабевает в декабре, что, как считается, соответствует прохождению Земли через теоретический ореол темной материи. Направление орбиты Земли означает, что ее скорость в галактике также достигает пика в июне — чем быстрее движется Земля, тем больше частиц темной материи вы обнаруживаете.

Другие ученые настроены весьма скептически. По крайней мере шесть групп по всему миру, включая Австралию, пытаются воспроизвести результаты эксперимента Гран-Сассо. Исследования в Южной Корее и Испании до сих пор не подтвердили итальянские результаты. Если такое же колебание будет обнаружено в южном полушарии с противоположными временами года,

«это будет означать, что сигнал исходит не от сезонных колебаний, а от темной материи. Это было бы одним из главных открытий века», — говорит Барберио. 

Как мы сообщали ранее, 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.

Как открытие темной материи изменит мир?

Мы знаем из истории, что когда мы инвестируем в фундаментальную физику, то в конечном итоге разрабатываем важные технологии. Например, все современные вычисления основаны на нашем понимании квантовой механики.

Мы бы никогда не открыли электричество или радиоволны, если бы не занимались вещами, которые в то время казались странными физическими явлениями, находящимися за пределами нашего понимания. С темной материей такая же ситуация.

Подумайте о том, чего достигли люди, поняв лишь одну шестую материи во Вселенной, и представьте, что мы могли бы сделать, если бы открыли все остальное.
____________________________________________________

✒️Подписывайтесь на наш Telegram канал «Гранит науки»
✒️Читайте нас на Яндекс Дзен

📩У нас есть страница на Facebook и Вконтакте
📩Журнал «Гранит Науки» в Тeletype
📩Отправить статью [email protected]
📩Написать редактору [email protected]