Современные телескопы и мощные ускорители частиц - не единственные инструменты, которые можно использовать для обнаружения темной материи. Исследователи из Технологического института Вирджинии обнаружили, что в древних породах также могут быть следы темной материи.
Эта увлекательная концепция поиска темной материи в породах возрастом в миллиарды лет была впервые предложена в 1980-х годах. Она называется палеодетекцией.
Идея здесь в том, что горные породы существуют со времен формирования Земли. Темная материя, возможно, взаимодействовала с атомами и ядрами этих горных пород в какой-то момент времени, оставляя свой след.
“Если темная материя существует, есть шанс, что она взаимодействовала с Землей в какой-то момент ее истории, насчитывающей 4,6 миллиарда лет”, - отмечают исследователи.
Палеодетекция десятилетиями оставалась теорией, но в недавно опубликованном пресс-релизе исследователи предполагают, что действительно есть способ превратить ее в практический метод обнаружения темной материи.
Наука, стоящая за палеодетекцией
Существует гипотетическая форма темной материи, называемая еженедельно взаимодействующими массивными частицами (WIMP). Они называются так потому, что взаимодействуют с обычной материей только через гравитацию и слабое ядерное взаимодействие, что делает их обнаружение чрезвычайно сложным.
Однако, что отличает WIMP от многих других форм темной материи, так это то, что, если они существуют, считается, что они взаимодействуют с атомными ядрами. Результаты таких взаимодействий видны в кристаллической решетке вещества.
Например, при столкновении с атомным ядром частица WIMP может передать небольшое количество энергии, вызвав небольшую отдачу ядра.
“Когда высокоэнергетическая частица отскакивает от ядра внутри камня, отдача от взрыва может сдвинуть ядро с места. Выброшенное ядро и оставшийся после него пустой промежуток свидетельствуют о структурных изменениях в кристалле”, - сказал Всеволод Иванов, научный сотрудник Технологического института Вирджинии.
С помощью визуализации и 3D-моделирования этих изменений можно обнаружить любые следы темной материи в ядрах древних пород.
Правильный способ использования горных пород для обнаружения темной материи
Если палеодетекция так многообещающа, то почему ученые ею не пользуются? Ну, потому что до сих пор они понятия не имели, как идентифицировать горные породы, подходящие для обнаружения темной материи.
Другая проблема заключается в том, что древние породы, которые являются радиоактивными, также могут подавать сигналы, похожие на те, в которых присутствуют следы темной материи. Эти проблемы делают метод детектирования плазмы сложным и часто приводящим к ошибочным результатам. Однако исследователи предлагают решение, которое потенциально способно преодолеть подобные проблемы.
Они планируют использовать высокотехнологичную микробиологическую визуализацию, технологию, используемую для моделирования мельчайших деталей нервной системы животных. Однако этот метод будет использоваться только для изучения осадочных пород, называемых морскими галитами.
Эти породы образуются из морской воды и, как правило, содержат очень мало урана. Такое низкое содержание урана делает их лучшим выбором для изучения потенциальных взаимодействий с темной материей без помех со стороны радиоактивности.
“Команда уже приступила к созданию 3D-изображений треков высокоэнергетических частиц в синтетическом фториде лития. Этот искусственный кристалл не станет хорошим детектором темной материи, но он поможет установить полный спектр сигналов, сохранив при этом кристалл в целости”, - сказал Патрик Хубер, физик из Технологического института Вирджинии.
В настоящее время Хубер работает над созданием новой лаборатории в Технологическом институте Вирджинии, где он и его команда проведут эксперименты, чтобы увидеть, насколько успешен их подход к обнаружению темной материи. Надеемся, что их усилия, наконец, позволят выявить пресловутую темную энергию, скрывающуюся в древних породах.
