Cel mai bun loc pentru a căuta materia întunecată poate fi intestinele Pământului.

Aproape două duzini de laboratoare subteraneÎmprăștiați în jurul lumii, încărcați cu cuve de lichid sau blocuri de metal și semiconductori, oamenii de știință caută urme de materie întunecată. Experimentele lor devin din ce în ce mai dificile, iar căutarea devine din ce în ce mai precisă, dar până acum nimeni nu a găsit dovezi directe pentru existența unei substanțe misterioase, din care se face 84% din toată materia în Univers. Potrivit unui nou studiu, trebuie să coborâm la rădăcină, adică chiar mai profundă.

Materia întunecată este diferită de baryonicul obișnuitmateria - a cărei stele, galaxii, câini, oameni și orice altceva - care nu interacționează cu nimic în nici un fel, cu excepția gravitației (și, eventual, a unei forțe nucleare slabe). Nu vedem asta, dar fizicienii sunt aproape siguri că există și cum sculptorul sculptează galaxiile pe calea lor prin spațiu.

De mai multe deceniicandidații preferați pentru particulele de materie întunecată au fost particule modeste ipotetice - WIMP (WIMP) sau particule masive cu interacțiune slabă. Multe experimente încearcă să găsească bacșișuri în urma coliziunii lor cu materia obișnuită. Într-un astfel de scenariu, wimp ar trebui să atingă nucleul atomic printr-o forță slabă. Miezul înspăimântat se oprește și emite energie într-o formă, un fulger de lumină sau un val de sunet. Detectarea unor astfel de fenomene abia vizibile necesită instrumente sensibile, care de obicei sunt puse subteran adânc. Acest lucru se datorează în principal faptului că instrumentele vor fi protejate de razele cosmice, ceea ce poate provoca și reacții nucleare.

După un deceniu de căutări pentru aceste semnale slabe,oamenii de știință nu au găsit aproape nimic. Astfel, o echipă de fizicieni din Polonia, Suedia și Statele Unite a propus o altă idee. Ei cred că nu trebuie să te uiți la germaniu, xenon și scintilatori în detectoarele sub crusta pământului. Ei cred că trebuie să te uiți la crusta. În cronicile de roci, unde sunt înregistrate și acoperite cu straturi ale istoriei sistemului nostru solar, am putea găsi înregistrări pietrificate ale nucleelor ​​atomice distruse, urmele înghețate ale WIMP-urilor.

"Căutăm întotdeauna abordări alternative", a declarat Kathryn Friese, fizician teoretic la Universitatea din Michigan și dezvoltator de idei care au stat la baza detectoarelor existente.

Detectorul paleo subteran va funcționa similarmetode moderne de detectare directă. În loc să echipeze un laborator cu un volum mare de lichid sau metal pentru a observa clipește în timp real WIMP, puteți căuta urmele fosile de WIMP care se prăbușesc în nucleele atomice. Unele clase de minerale ar putea capta astfel de urme.

Dacă miezul se oprește cu suficientă energie șidacă atomii perturbați sunt apoi adânc subterani (pentru a proteja mostra de razele cosmice, care pot încurca datele), poate fi salvată următoarea rebound. Dacă este așa, oamenii de știință pot descoperi o piatră, o pot dezasambla în straturi de timp și pot investiga evenimentele trecute utilizând tehnici sofisticate de nano-vizualizare, cum ar fi microscopia forțelor atomice. Rezultatul final va fi un traseu fosil: o pistă de vierme în timpul zborului său de la un prădător, numai în terminologia materiei întunecate.

Micile urme

Acum cinci ani, Freese a început să caute ideiNoile tipuri de detectoare împreună cu Andrzej Drukier, un fizician de la Universitatea din Stockholm, care și-a început cariera în studierea detecției materiei întunecate, înainte de a se angaja în biofizică. Una dintre ideile lor, dezvoltată împreună cu biologul George Church, a vizat detectoare de materii întunecate bazate pe ADN și reacții enzimatice.

În 2015, Drukier sa dus la rusăNovosibirsk, pentru a lucra pe un detector biologic prototip, care va fi plasat sub suprafața pământului. În Rusia, el a aflat despre fântâni forate în timpul Războiului Rece, dintre care unele merg 12 kilometri în jos. Nici o rază cosmică nu poate pătrunde atât de departe. Drukier a fost intrigat.

Detectorii conventionali de materie usoara sunt relativmare și foarte sensibil la evenimente bruște. Ei își desfășoară căutările de câțiva ani, dar în cea mai mare parte se caută semnale WIMP în timp real. Mineralele, deși relativ mici și mai puțin sensibile la interacțiuni, pot să se implice într-o căutare care a durat sute de milioane de ani.

"Aceste bucăți de stâncă, extrase din foarte, foartemiezuri profunde, aproape un miliard de ani ", spune Drukier. "Cu cât mergeți mai adânc, cu atât sunt mai în vârstă. Nu este nevoie să construiți un detector. Există deja un detector în pământ. "

Dar pământul are problemele sale. Planeta este plină de uraniu radioactiv, care produce neutroni în timp ce se descompune. Aceste neutroni pot de asemenea să elimine nucleele. Frieze spune că lucrarea inițială a oamenilor de știință care descriu paleo-detectoare nu a ținut cont de zgomotul creat de dezintegrarea uraniului, dar multe comentarii de la alți cercetători interesați i-au forțat să revină și să revizuiască documentul. Echipa a petrecut două luni studiind mii de minerale pentru a înțelege care dintre ele sunt izolate de dezintegrarea uraniului. Ei susțin că cei mai buni paleo-detectori vor consta din vaporizați marini - esențial, sare rocă - sau roci care conțin foarte puțin silice, numite roci ultrabasice. În plus, aceștia caută minerale care conțin mult hidrogen, deoarece hidrogenul blochează în mod eficient neutronii produsi de degradarea uraniului.

Găsirea de urmele în sol ne poate conduce la vânătoarea de masă mică, spune Trace Slatier, fizician teoretic la Institutul de Tehnologie din Massachusetts, care nu a participat la cercetare.

"Căutați un kernel care pare a fi fără nici un motivsalturi, dar trebuie să sari o anumită sumă pentru a fi observat. Dacă o minge de ping-pong se ciocnește cu o minge de bowling, nu veți observa o deplasare specială a acesteia din urmă - dacă nu puteți înregistra cea mai mică schimbare în mișcarea mingii de bowling. "

Experimentul cel mai dificil

Munca în teren nu va fi ușoară. Cercetarea va trebui efectuată subteran, unde probele de bază vor fi protejate de radiațiile cosmice și solare. Și pentru a detecta dovezi cu privire la miezurile cu sâmburi, vor fi necesare tehnici moderne de nano-vizualizare.

Potrivit lui Slatier, chiar dacă WIMP lasă vizibilcicatrici, principala problemă a paleo-detectoarelor va fi dovada că urme de fosile sunt cu adevărat născute din particule de materie întunecată. Cercetătorii vor trebui să-și petreacă mult timp pentru a se convinge că interacțiunile cu nucleele nu sunt lucrarea neutronilor, neutrinii soarelui sau orice altceva.

"Trebuie să mergem destul de adâncprotejați împotriva razei cosmice. Dar acesta nu este un laborator. Acestea nu sunt condiții controlate. Este posibil să nu știți istoria completă a depozitelor de rocă. Chiar dacă găsiți un semnal în ele, trebuie să faceți mai mult de lucru pentru a vă asigura că nu vedeți niciun fundal ".

Drukier și Freese cred că puterea paleo-detectoarelorpot fi în numere. Rasa conține multe minerale, fiecare conținând nuclee atomice, care răsfoiesc în moduri diferite de marauding. Prin urmare, diferite elemente vor servi ca detectori diferiți, dar toți vor fi incluși într-un singur eșantion de bază. Pe viitor, paleodetectorul ar putea chiar să furnizeze înregistrări ale lui wimps în timp, la fel cum fosilele îi permit paleontologilor să reconstruiască istoria vieții de pe Pământ.

Potrivit lui Slatier, o cronică lungă ar fi pututpentru a oferi o imagine unică a halo-ului materiei întunecate a Calea Lactee, un nor de material invizibil prin care Pământul înoată când sistemul solar se deplasează pe o orbită de 250 de milioane de ani în jurul centrului galaxiei. Înțelegerea distribuției de halo a materiei întunecate în Calea Lactee poate oferi o perspectivă asupra comportamentului său fizic, spune Slatier. Poate că va demonstra, de asemenea, dacă materia întunecată poate interacționa în moduri care depășesc gravitatea.

"Aici se află teoria și modelareaetape de dezvoltare activă ", spune ea. "Vom găsi materia întunecată", întreabă Drukier. "Am petrecut treizeci și cinci de ani în căutarea ei. Poate că acesta este cel mai dificil experiment din lume, așa că este posibil să nu fim norocoși. Dar e grozav.

Crezi că o să găsim cândva? Spuneți-ne chat în telegramă.