|
В поисках темной материи появилась новая стратегия
|
|
|
|
Ученые ищут ключ к разгадке одной из самых загадочных тайн Вселенной в самых неожиданных местах, поскольку геологические образования возрастом в миллиарды лет стали новой целью в поисках темной материи.
|
|
|
|
Ученые, возглавляемые физиками из Технологического института Вирджинии, предполагают, что свидетельства взаимодействия темной материи с Землей с течением времени могут быть обнаружены в тонких подсказках, оставленных в древних скальных образованиях.
|
|
|
|
“Это безумие”, - сказал физик-теоретик элементарных частиц Патрик Хубер, директор Центра физики нейтрино в Технологическом институте Вирджинии. “Когда я впервые услышал об этой идее, я подумал — это безумие. Я хочу это сделать”.
|
|
|
|
Теперь Хубер и его команда надеются показать, что горные породы, которые возникли миллиарды лет назад и которые обычно находятся в центре внимания геологов, могут вскоре найти двойное применение в качестве маловероятных природных детекторов темной материи.
|
|
|
|
Охота за темной материей
|
|
|
|
Ученым пока не удалось добиться значительных успехов в непосредственном обнаружении темной материи, гипотетического несветящегося вещества, которое, как полагают физики, составляет около 85% массы нашей Вселенной. Несмотря на десятилетия экспериментов, направленных на ее обнаружение, эта таинственная невидимая материя остается неуловимой.
|
|
|
|
|
|
|
В то время как большая часть поисков темной материи по-прежнему сосредоточена на далеком космосе, Хубер и его сотрудники решили применить другой подход: поискать долгожданные свидетельства существования этой таинственной “пропавшей” материи внутри Земли, а не за ее пределами.
|
|
|
|
В частности, доказательства взаимодействия с темной материей могут быть обнаружены в некоторых из старейших каменных образований Земли, и эту гипотезу Хубер и его команда сейчас изучают при финансовой поддержке Национального научного фонда и Национального управления ядерной безопасности.
|
|
|
|
Этот подход, хотя и неортодоксальный по сравнению с прошлыми попытками обнаружить самую неуловимую материю в космосе, заслуживает рассмотрения, учитывая, что только около 5% Вселенной находится в пределах тех частей, которые астрономы могут легко наблюдать. Хотя темную материю, составляющую большую часть оставшейся части Вселенной, невозможно увидеть непосредственно, о ее гравитационном влиянии на окружающий космос можно судить по поведению галактик и других небесных объектов.
|
|
|
|
Аналогичным образом, если Земля за свою 4,6-миллиардолетнюю историю также подвергалась влиянию темной материи, то в минеральных структурах глубоко под землей могут остаться свидетельства этих древних взаимодействий.
|
|
Дорогостоящий поиск темной материи
|
|
|
|
Благодаря премии Национального научного фонда за исследования конвергенции в размере 3,5 миллионов долларов, амбициозный план по поиску в недрах Земли свидетельств давней космической тайны вскоре будет реализован при дополнительном финансировании, предоставленном Национальным управлением по ядерной безопасности.
|
|
|
|
Исследовательская работа будет включать строительство новой лаборатории в Робсон-холле Технологического института Вирджинии, которая будет спроектирована в соответствии с потребностями амбициозного проекта Huber.
|
|
|
|
Ученые, подобные Хуберу, слишком хорошо знают, с какими трудностями могут столкнуться подобные исследования. Поскольку темная материя слабо взаимодействует с обычными формами материи, обнаружение невидимого вещества, как известно, сопряжено с большими трудностями, и на сегодняшний день не найдено прямых доказательств его существования. Тем не менее, несколько аномалий, наблюдаемых по всему космосу, включая вращение галактик со скоростью, превышающей ту, которая должна наблюдаться только исходя из их видимой массы, поддерживают поиск темной материи.
|
|
|
|
Приняв вызов, Хубер и его команда планируют использовать передовые технологии визуализации, которые помогут им найти следы микроскопических повреждений, возникающих в результате столкновений темной материи с кристаллической решеткой древних минералов.
|
|
Новый подход
|
|
|
|
Теоретически, когда высокоэнергетические частицы темной материи сталкиваются с ядрами других частиц, расположенных внутри горных пород, возникает эффект отдачи, который должен смещать ядро и приводить к образованию микроскопического структурного дефекта.
|
|
|
|
Всеволод Иванов, один из сотрудников Хубера по проекту, сказал, что команда планирует найти свидетельства наличия таких дефектов в древних кристаллах, которые подвергались столкновениям с различными видами частиц в течение длительного периода времени, прошедшего с момента их создания.
|
|
|
|
“Мы возьмем кристалл, который подвергался воздействию различных частиц в течение миллионов лет, и вычтем распределения, соответствующие известным нам вещам”, - сказал Иванов в своем заявлении.
|
|
|
|
“То, что осталось, должно быть чем-то новым, и это может быть темная материя”, - говорит он.
|
|
|
|
Дополнительная проблема возникает при поиске подходящих пород, которые могут быть идентифицированы как вероятные природные “детекторы темной материи”. Одна из проблем заключается в том, что радиоактивный распад, происходящий глубоко в недрах Земли, иногда может влиять на кристаллические структуры. Чтобы помочь найти породы, на которые не повлияло фоновое излучение, заслуженный профессор университета Роберт Боднар, недавно вступивший в Национальную академию наук, планирует работать вместе с командой Хубера, чтобы помочь найти образцы, которые демонстрируют минимальные признаки такого влияния Земли.
|
|
Получение изображений Невидимого
|
|
|
|
В настоящее время команда Хубера объявила о партнерстве с Институтом исследований мозга Цюрихского университета, которое позволит использовать в проекте самые современные технологии визуализации. Благодаря возможностям 3D-визуализации, изначально разработанным для анализа нервной системы животных, в ходе первых совместных исследований уже были получены изображения треков частиц высокой энергии, обнаруженных в синтетических кристаллах фторида лития.
|
|
|
|
Фторид лития, который, к сожалению, не является идеальным веществом для использования в поисках взаимодействий с темной материей, был выбран для этих ранних тестов изображений, поскольку он обладает полезными свойствами, которые делают его идеальным для создания основы для тех видов многообещающих сигналов, которые команда надеется найти.
|
|
|
|
Даже помимо поиска темной материи, новый подход команды к решению этой загадки может найти другие полезные применения. Например, новые возможности визуализации, которые они планируют использовать, могут быть также использованы для повышения ядерной прозрачности, в частности, с помощью устройств, предназначенных для компактного мониторинга ядерных реакторов.
|
|
|
|
Хубер и его команда надеются, что благодаря нестандартному мышлению их новый подход может в конечном итоге раскрыть степень влияния темной материи на Землю в течение длительных периодов времени и, в конечном счете, это открытие может предложить беспрецедентно новые взгляды на ее роль в формировании структуры Вселенной.
|
|
|
|
Источник
|
