Тайны темной материи
  • Фото: Nasa

Манящая тьма. Почему ученые до сих пор не могут обнаружить темную материю?

На прошлой неделе группа ученых из разных стран мира объявила, что темную материю, которую они 2 года искали в глубоких шахтах Южной Дакоты на детекторе LUX, найти не удалось. Результаты их исследований можно выразить несколькими словами: сверхчувствительный ксенон-детектор LUX не смог уловить ни одной частицы темной материи, так называемых ВИМПов (WIMP).

Все, что удалось зафиксировать LUX — это фоновый шум Вселенной. Правда, он вряд ли поможет ученым в поисках загадочных ВИМПов.

Тем не менее физики не отчаиваются и уже объявили о создании нового детектора LUX-ZEPLIN, который, по их мнению, должен быть чувствительнее LUX в 70 раз. Это будет еще одна попытка обнаружить следы невидимой субстанции. Приведет ли она к успеху? Одни ученые полны оптимизма, другие полны сомнений.

ксенон-детектор LUX

Фото: Brown University/эксперимент в Южной Дакоте

Поиски темной материи ведутся на протяжении 40 лет, но еще ни разу ученым не удалось не только найти какой-то след ее частиц (WIMP), но и хотя бы доказать само их существование. Что мешает физикам, и почему они до сих пор не могут обнаружить темную материю?

Что такое темная материя, и откуда взялся этот термин?

В 30-х годах прошлого столетия американо-швейцарский астроном Фриц Цвикки сделал одно важное открытие.

Наблюдая за скоплением Галактик Волосы Вероники, он обнаружил, что эти Галактики движутся слишком быстро. Настолько быстро, что, по всем известным законам, они обязаны были бы разлететься в разные стороны друг от друга, так как их гравитации недостаточно, чтобы сдерживать их вместе.

Ученый подумал, что в космосе должна быть какая-то скрытая масса, которая помогает сдерживать Галактики. Но эта масса должна весить в 50 раз больше, чем все звезды Галактик вместе взятые. Однако открытие Фрица Цвикки осталось незамеченным другими учеными до определенного момента.

В нашей Солнечной системе самое близкое к Солнцу тело движется намного быстрее самого отдаленного. Притяжение Солнца слабеет с расстоянием, поэтому далекие от него тела движутся медленнее. В середине 20 века ученые полагали, что этот закон будет действовать и по отношению к звездам других галактик.

Движение планет в Солнечной системе

Фото: blogspot.ru/движение планет в Солнечной системе

Но каково было удивление, когда в 70-х годах прошлого века астроном Вера Рубин, изучая Галактику Андромеды, обнаружила, что самые дальние звезды Галактики двигались с той же скоростью, что и близкие к ее центру. Затем она изучила еще более 50 галактик — с ними наблюдалась та же картина, что и с Андромедой. Ученые никак не могли понять, почему в наблюдаемых галактиках нарушается закон тяготения? Вера Рубин решила эту загадку. Она поняла, что звезды движутся так из-за гравитации чего-то невидимого и массивного.

Тогда физики вспомнили о Фрице Цвикки и его неизвестном источнике гравитации в скоплении галактик, который он назвал темной материей еще в 1933 году.

После наблюдений и выводов Веры Рубин в научном мире впервые задумались о том, что невидимая нам материя может быть в 10 раз больше той, что мы наблюдаем. С тех пор и началась охота за этой невидимой массивной субстанцией.

Попытки найти Темную материю

Эксперименты по поиску загадочной материи стали проводить под землей. Земля выступает в качестве природного щита, который не пропускает космические лучи в виде протонов и электронов, но не является преградой для ВИМПов. Ученые всего мира начали создавать детекторы, способные, по их мнению, обнаружить неуловимые признаки этой материи.

В подземных лабораториях Италии, США, Японии, Швейцарии устанавливались окруженные фотодетекторами резервуары с охлажденным ксеноном (бесцветный благородный газ), чтобы засечь невидимые ВИМПы. ВИМП можно поймать если он столкнется с ядром атома обычного вещества, кольцевая вспышка света выдаст это.

Люди науки понимали, что они ловят вещество, которое никто не видел и которое, возможно, никак не взаимодействует с другой материей.

Казалось бы, есть ли смысл искать то, что, по сути, существует лишь гипотетически? Но после того, как физики “поймали” другую частицу, прежде считавшуйся “неуловимой” — нейтрино (элементарные частицы, которые несут энергию, высвобождаемую взрывом сверхновой звезды), все вопросы отпали сами по себе.

Одно из исследований по поиску частиц темной материи (WIMP) проходило в Италии в подземной лаборатории Gran Sasso. Самый чувствительный на тот момент детектор Xenon (шел 2011 год) смог засечь три импульса, похожих на сигналы ВИМПов. Но когда ученые поняли, что ВИМПы движутся со скоростью света, и что детектор не готов к такому развитию событий, вышел казус. Выяснилось, что те сигналы, которые приняли за ВИМПовские, принадлежали другим частицам, давно известным науке. Различные модификации Xenon ни к чему не привели, и исследования пришлось прекратить.

Детектор Xenon

Фото: snipview.com/исследования в лаборатории Gran Sasso

То же самое произошло в 2016 году, но уже в глубинах Южной Дакоты, правда, с другим детектором — LUX, куда более чувствительным, чем Xenon. За два года работы LUX так ничего и не обнаружил. Ученые признались в том, что с исследованием темной материи снова вышел промах. Один из представителей коллаборации LUX Рик Гайтскел заявил:

Все что зафиксировал LUX — это всего лишь фоновый шум Вселенной. Никаких следов темной материи выявлено не было. То есть вообще.

Сейчас на смену детектора LUX готовится новый детектор LZ, который будет в 70 раз чувствительнее LUX. А что будет, если и LZ не даст результатов? Откажутся ли ученые от поиска темной материи до лучших времен или изобретут еще более мощный детектор?

Почему ученые до сих пор не нашли черную материю?

Темная материя — это условное название некоего невидимого источника, спрятанного во тьме и отвечающего за 85% всей гравитации Вселенной, гравитации, о которой мы ничего не знаем. За этим источником охотятся физики всего мира. Возможно, то, что они ищут, является вовсе не материей, а чем-то, проявляющим себя в искаженном виде.

По версии некоторых ученых, то, что мы называем темной материей, является гравитацией параллельно существующей Вселенной. Эта гравитация через некую мембрану проникает в наш Космос, и мы ощущаем ее в виде гравитационного поля.

Другие научные умы придерживаются мнения, что темная материя возникла в момент большого взрыва и может быть пространственными дефектами, в которых прячется энергия. Именно эта энергия и вызывает гравитацию.

Темная материя в скоплении Галактик Abell 383

Фото: Nasa/темная материя в скопление галактик Abell 383.

Возможно и такое, что формулы и расчеты, по которым ведутся поиски этой загадочной субстанции, не верны. Таким образом все формулировки законов гравитации должны быть тщательно откорректированы.

Есть еще одна версия. Она гласит, что в настоящий момент мы не обладаем необходимой техникой, чтобы найти следы темной материи. То есть способ, с помощью которого сегодня пытаются найти хоть какие-то частицы, принадлежащие темной материи, ошибочен.

По крайней мере существует около 20 гипотез, объясняющих возникновение темной материи. Все они имеют право на существование, но есть ли среди них истинная? Ученые не спешат с выводами, сейчас их волнуют только подземные эксперименты.

Почему так важно обнаружить темную материю?

Если черная материя действительно существует, и ученые докажут это, они сразу убьют двух зайцев. Во-первых, они смогут объяснить то, что происходило в миллисекунду после большого взрыва — это раскроет загадку процесса образования Вселенной. Во-вторых, они смогут узнать, почему темная материя взаимодействует с реальным миром только через гравитацию.

Возможно, в скором времени ученые создадут новые способы исследований, которые прольют свет на понимание темной материи. А, возможно, наоборот, просто придумают очередную гипотезу темной материи, на проверку которой уйдут еще десятки лет.

Нашли ошибку? Пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник: Северный маяк

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: