Ресеарцх

Најбоље место за тражење тамне материје могу бити утроба Земље.

Скоро двадесетак подземних лабораторијаРасут по целом свету, натоварени бачвама са течношћу или блоковима од метала и полупроводника, научници траже трагове тамне материје. Њихови експерименти постају све тежи, а потрага постаје све точнија, али до сада нико није пронашао директне доказе за постојање мистериозне супстанце, од чега се састоји 84% све материје у Универзуму. Према новој студији, морамо сазрети до корена, то јест, још дубље.

Тамна материја се разликује од обичне барионскематерија - супстанца од које звезде, галаксије, пси, људи и све остало - не интерагују ни са чим на било који начин, осим кроз гравитацију (и можда слабу нуклеарну силу). Ми то не видимо, али физичари су готово сигурни да постоји и како вајар обликује галаксије на путу кроз простор.

Већ деценијамапожељни кандидати за честице тамне материје су хипотетске скромне честице - ВИМПс (ВИМП), или слабо међудјелујуће масивне честице. Многи експерименти покушавају да пронађу слабиће након судара са обичном материјом. У таквом сценарију, слабић треба да додирне атомско језгро кроз слабу силу. Уплашена језгра ће се одбити и емитовати неки облик енергије, бљесак свјетла или звучни вал. Откривање таквих једва приметних феномена захтева осетљиве инструменте, који се обично постављају дубоко у подземље. То је углавном због чињенице да ће инструменти бити заштићени од космичких зрака, што такође може изазвати нуклеарне реакције.

Након деценије трагања за тим слабим сигналима,научници нису пронашли скоро ништа. Тако је тим физичара из Пољске, Шведске и Сједињених Држава предложио другу идеју. Они верују да не треба да гледате у германијум, ксенон и сцинтилаторе у детекторима испод Земљине коре. Они вјерују да морате погледати саму кору. У хроникама стена, где се бележе и прекривају слојевима историје нашег соларног система, могли смо да пронађемо фосилизиране записе поремећених атомских језгара, замрзнуте трагове ВИМП-ова.

„Увек тражимо алтернативне приступе“, рекла је Катхрин Фриесе, теоретски физичар на Универзитету у Мичигену и развијатељ идеја које су чиниле основу постојећих детектора.

Подземни палео детектор ће радити сличномодерне методе директне детекције. Уместо опремања лабораторије великом запремином течности или метала да посматра ВИМП бљескове у реалном времену, можете тражити фосилизиране трагове ВИМП-а који падају у атомска језгра. Неке класе минерала могу ухватити такве трагове.

Ако се језгро одбија са довољно енергије, иако су поремећени атоми тада дубоко под земљом (да би заштитили узорак од космичких зрака, који могу захватити податке), одскочни траг се може сачувати. Ако је тако, онда научници могу ископати камен, раставити га у слојевима времена и истражити прошле догађаје користећи софистициране технике нано-визуализације као што је микроскопија атомске силе. Крајњи резултат ће бити фосилни траг: траг зауропода током лета из предатора, само у терминологији тамне материје.

Тини фоотпринтс

Пре пет година, Фреесе је почела да тражи идејеНове врсте детектора заједно са Андрзејем Друкиером, физичарем са Универзитета у Стокхолму, који је своју каријеру започео проучавањем откривања тамне материје, пре него што је прешао у биофизику. Једна од њихових идеја, развијена заједно са биологом Георге Цхурцх, односила се на детекторе тамне материје засноване на ДНК и реакцијама ензима.

У 2015, Друкиер је отишао на рускиНовосибирск, да ради на прототипу биолошког детектора, који ће бити постављен испод површине земље. У Русији је сазнао за бушотине које су бушене током хладног рата, од којих се неке спуштају за 12 километара. До сада ниједна космичка зрака не може да продре. Друкиер је био заинтригиран.

Конвенционални детектори тамне материје су релативновелике и веома осјетљиве на изненадне догађаје. Они претражују већ неколико година, али углавном траже ВИМП сигнале у реалном времену. Минерали, иако релативно мали и мање осјетљиви на интеракције, могу представљати претрагу која је трајала стотине милиона година.

"Ови комадићи камења, извађени из веома, врлодубоке језгре, стара скоро милијарду година ”, каже Друкиер. “Што дубље идете, то су старији. Нема потребе за изградњом детектора. Већ постоји детектор у земљи.

Али земља има своје проблеме. Планета је пуна радиоактивног урана, који производи неутроне док се распада. Ови неутрони могу такође избацити језгре. Фризе каже да оригинални радови научника који описују палео-детекторе нису узели у обзир буку насталу распадањем уранијума, али многи коментари других заинтересованих научника присилили су их да се врате и ревидирају документ. Тим је провео два месеца проучавајући хиљаде минерала да би схватио који су од њих изоловани од пропадања уранијума. Они тврде да ће се најбољи палео-детектори састојати од морских испаривача - у суштини, камене соли - или стена које садрже врло мало силицијума, назване ултрабазичним стенама. Поред тога, они траже минерале који садрже много водоника, јер водоник ефикасно блокира неутроне произведене распадањем уранијума.

Проналажење трагова у тлу може нас довести до слабих маса, каже Траце Слатиер, теоретски физичар са Технолошког института у Масачусетсу, који није учествовао у истраживању.

"Тражите кернел који изгледа без разлогаскоковима, али мора скочити одређену количину да би се приметила. Ако се лоптица за пинг-понг судара са куглом за куглање, нећете приметити посебно померање ове кугле - осим ако не можете да забележите најмању промену у кретању кугле за куглање.

Најтежи експеримент

Рад на терену неће бити лак. Истраживање ће морати да се спроведе дубоко под земљом, где ће узорци језгра бити заштићени од космичког и сунчевог зрачења. А да би се открили докази о коштицама језгра, биће потребне модерне технике нано-визуелизације.

Према Слатиеру, чак и ако ВИМП остави видљивожиљак, главни проблем палео-детектора ће бити доказ да су фосилни трагови заиста рођени од честица тамне материје. Истраживачи ће морати да потроше много времена да се убеде да интеракције са језгром нису рад неутрона, неутрина сунца или нечег другог.

"Морамо ићи прилично дубокоштити од космичких зрака. Али ово није лабораторија. То нису контролисани услови. Можда не знате комплетну историју лежишта камена. Чак и ако нађете сигнал у њима, морате урадити много више посла како бисте били сигурни да не видите никакву позадину. "

Друкиер и Фреесе верују да је моћ палео-детекторамогу бити у бројкама. Пасмина садржи многе минерале, од којих сваки садржи атомске језгре, које се одбијају од пљачкаша на различите начине. Због тога ће различити елементи служити као различити детектори, али ће сви бити затворени у један узорак језгра. У будућности, палеодетектор би чак могао да обезбеди евиденцију о слабићима током времена, баш као што фосили дозвољавају палеонтолозима да реконструишу историју живота на Земљи.

Према Слатиеру, дуга хроника би моглада понуди јединствен поглед на мрачну материју Млечног пута, облак невидљивог материјала кроз који Земља плива када се Сунчев систем креће у орбити од 250 милиона година око центра галаксије. Разумевање хало дистрибуције тамне материје у Млечном путу може пружити увид у његово физичко понашање, каже Слатиер. Можда ће то такође показати да ли тамна материја може да комуницира на начин који превазилази гравитацију.

"Овде се налазе теорија и моделирање."фазама активног развоја ”, каже она. "Хоћемо ли наћи тамну материју", пита Друкиер. “Провео сам тридесет пет година тражећи је. Ово је вероватно најкомплекснији експеримент на свету, тако да можда нећемо имати среће. Али је кул.

Мислиш да ћемо наћи некада? Реци у нашем разговор у Телеграму.

Фацебоок Обавештење за ЕУ! Морате се пријавити да бисте видели и објавили ФБ коментаре!