|
Попытка поймать темную материю в подвале
|
|
|
|
Немногие вещи обладают такой же аурой таинственности, как темная материя. Само название излучает тайну, предполагая что-то скрытое в тенях вселенной. Совместная группа ученых под названием COHERENT, в которую входили Кейт Шолберг, заслуженный профессор физики искусств и наук, Филипп Барбо, адъюнкт-профессор физики, и ученый с докторской степенью Дэниел Перши, попыталась вывести темную материю из теней Вселенной в слегка менее гламурное место: ярко освещенный узкий коридор в подвале. Но не обычный подвал. Работая в районе Ок-Риджской национальной лаборатории под названием «Аллея нейтрино», команда обычно фокусируется на субатомных частицах, называемых нейтрино. Они образуются, когда звезды умирают и становятся сверхновыми, или, на более приземленном уровне, как побочный продукт столкновений протонов в ускорителях частиц.
|
|
|
|
Не случайно Аллея нейтрино расположена прямо под одним из самых мощных ускорителей частиц в мире, Источником нейтронов расщепления Ок-Риджа (SNS). В Нейтринной аллее находится коллекция детекторов, специально предназначенных для наблюдения за нейтрино, когда они проходят и сталкиваются с ними. Однако нейтрино — не единственный побочный продукт работы SNS. Темная материя (не путать с любимой антиматерией кинозлодеев) также образуется, когда ускорители частиц сталкиваются с протонами. После многих лет теоретических расчетов команда COHERENT решила извлечь выгоду как из мощности SNS, так и из чувствительности их детекторов нейтрино для наблюдения за темной материей в переулке нейтрино.
|
|
|
«И мы этого не видели», — говорит Шольберг. «Конечно, если бы мы это увидели, это было бы более захватывающим, но не видеть это на самом деле большое дело». Она объясняет, что тот факт, что темная материя не наблюдалась их детекторами нейтрино, позволяет им значительно уточнить теоретические модели того, как выглядит темная материя. «Мы точно знаем, как детектор отреагировал бы на темную материю, если бы темная материя обладала определенными характеристиками, поэтому мы искали этот конкретный отпечаток». Рассматриваемый отпечаток пальца — это то, как ядра атомов в детекторе нейтрино отскакивают при ударе нейтрино или, в данном случае, частицы темной материи.
|
|
|
|
«Это все равно, что бросать снаряды в шар для боулинга на льдине», — сказал Перши. Шары для боулинга, по его аналогии, — это атомы, содержащиеся в детекторе нейтрино, которым в этом эксперименте был кристалл йодида цезия весом 14,6 кг. «Вы можете многое сказать о снаряде и силе, с которой он был брошен, по тому, как сильно шар для боулинга отскакивает при контакте». Когда дело доходит до темной материи, любая информация является хорошей информацией. Никто на самом деле не знает, что это такое. Почти 100 лет назад физики поняли, что Вселенная не могла бы вести себя так, как раньше, если бы все, что в ней содержалось, было тем, что мы можем видеть.
|
|
|
|
«Мы плаваем в море темной материи», — сказал Джейсон Ньюби, руководитель группы по исследованию нейтрино в Национальной лаборатории Ок-Ридж и соавтор исследования. По общему мнению физиков, темная материя составляет до 85% массы Вселенной. Он должен быть подвержен гравитации, чтобы объяснить поведение Вселенной, но он не взаимодействует ни с каким светом или электромагнитной волной, кажущейся темной. «Мы узнали об этом, глядя на большие галактики, вращающиеся вокруг друг друга, и увидели, что они вращаются намного быстрее, чем должны, а это означает, что у них больше массы, чем кажется», — сказал Перши. «Итак, мы знаем, что там есть лишние вещи, нам просто нужно узнать, где их искать».
|
|
|
|
«Несмотря на то, что мы в основном находимся в сфере отсутствия результатов, — сказал Ньюби, — очень важно, чтобы куда бы вы ни посмотрели, вы посмотрели, и тогда вы можете исключить целый ряд возможностей и сосредоточиться на новой области со стратегией. вместо того, чтобы просто использовать подход «спагетти на стене». «Мы расширяем наше представление о том, какие модели темной материи могут существовать, и это очень важно», — сказал Шольберг. Она отмечает, что на этом достижение не заканчивается: эксперимент также позволил команде по-новому расширить поиск темной материи по всему миру. «Типичная технология обнаружения заключается в том, чтобы уйти под землю, построить очень чувствительный детектор и дождаться, пока эти частицы темной материи просто пройдут через него», — сказал Перши.
|
|
|
|
Проблема? Частицы темной материи могут довольно неторопливо перемещаться по воздуху. Если они также окажутся очень легкими, они могут не достичь детектора с достаточной энергией, чтобы создать обнаруживаемый отпечаток пальца. Экспериментальная установка команды COHERENT решает эту проблему. «Когда вы идете на ускоритель, вы производите эти частицы со значительно более высокими энергиями», — сказал Перши. «И это дает им гораздо больше сил, чтобы врезаться в ядра и вызвать появление сигнала темной материи». И что теперь? Это не совсем возвращение к чертежной доске. В настоящее время Neutrino Alley готовится получить гораздо более крупный и чувствительный детектор, который в сочетании с усовершенствованными параметрами поиска COHERENT значительно повысит шансы поймать одну из этих дьявольских частиц. «Мы на пороге того места, где должна быть темная материя», — сказал Перши.
|
|
|
|
Источник
|
