Исследование темной материи

Национальный научный фонд США объявил о том, что на базе Калифорнийского университета в Беркли будет построена первая в США подземная лаборатория, глубина которой — 2920 м — превышает высоту 6,5 поставленных друг на друга небоскребов Empire State Building. С ее помощью ученые собираются исследовать темную материю, из которой состоит большая часть мира, в котором мы живем, а также природу неуловимых частиц под названием нейтрино, наполняющих пространство, но никогда не взаимодействующих с материей. Лаборатория будет строиться в отработанной шахте Homestake, где прежде добывали золото.

«Поразительно: человечество не знает, из чего состоит мир, — рассказал нашему изданию Леонид Безруков, заместитель директора по научной работе Института ядерных исследований РАН. — Дело в том, что ни мы сами, ни большая часть наших приборов не способны почувствовать основную материю, из которой состоит мир, в котором мы живем. А ведь ее в пять раз больше, чем обычной, из которой состоим мы, и она есть везде — она пронизывает все предметы, нас окружающие, и нас самих. Темной эта материя называется потому, что слабо взаимодействует с обычной материей, не порождает и не поглощает излучений. Другими словами, ее невозможно увидеть ни в каких электромагнитных волнах».

Исследование темной материи может оказаться чрезвычайно важным для дальнейшего развития человечества. «Эта материя играет определяющую роль во Вселенной, правда, пока никто точно не знает, какое именно воздействие на наш мир она оказывает, — пояснил РБК daily академик РАН, директор Астрокосмического центра Физического института им. П.Н. Лебедева Николай Кардашев. — Предположения существуют самые разные: возможно, темная материя состоит лишь из новых, неизвестных науке элементарных частиц, но, может быть, она образует и более крупные объекты — черные дыры и тела совсем неизвестной природы, которые как бы накладываются на видимый нами мир. Вполне возможно, что как раз из темной материи состоят струны — гипотетические фундаментальные образования, из которых состоит все пространство и время Вселенной. В любом случае, если темная материя обладает тяготением, логично будет предположить, что она может и разрушать, и создавать объекты нашего мира». Может оказаться, что сквозь тела людей, дома, построенные нами, города, горы, реки и моря проходят громадные объекты из темной материи, которые мы совершенно не ощущаем.

Каким же образом можно зарегистрировать темную материю? Оказывается, для этого ученые сами должны уйти в темноту, глубоко под землю. Только там можно создать необходимую чистоту условий, которая требуется для так называемых низкофоновых экспериментов, проводящихся при отсутствии посторонних излучений и других внешних факторов. «Есть несколько предполагаемых путей, которыми можно обнаружить темную материю, — говорит г-н Безруков. — Темная материя не реагирует со светом, но может своей гравитацией воздействовать на атомы обычной материи. Нужно регистрировать случаи беспричинного смещения атомов, чтобы «увидеть» подобный толчок. Это очень сложный эксперимент. Другой способ построен на предположении, что сама темная материя подвергается мощному воздействию силы тяжести и, как следствие, должна концентрироваться внутри массивных тел, таких как Солнце или Земля. Поскольку темная материя также имеет свой жизненный цикл и при распаде все-таки излучает частицы, которые мы можем зафиксировать, можно обнаружить следы существования этой материи путем исследования потока частиц, которые излучает центр Земли или Солнца».

«Кстати, предположительно темную материю можно даже создать искусственно, вызвав на ускорителе реакцию двух частиц с выделением большого количества энергии, — рассказывает г-н Кардашев. — К сожалению, в России не ведутся подземные эксперименты по поиску темной энергии, есть только космические. А оборудование для экспериментов в этой области является уникальным и оттого крайне дорогим».

Правда, и в США это первая подземная лаборатория вообще. «В России еще с 80-х годов функционирует знаменитая Баксанская нейтринная лаборатория Института ядерных исследований на Кавказе, — говорит г-н Безруков. — Правда, поиском темной материи она никогда не занималась. Зато именно советско-американский проект SAGE, который ведется в этой лаборатории еще с 80-х годов прошлого века, позволил установить термоядерную природу реакций, протекающих на Солнце. Баксанская лаборатория находится на глубине 4 км, а основным ее назначением является исследование неуловимой частицы нейтрино, рождающейся в центре Солнца. Нейтрино, попадая в мишень специального прибора, превращало атомы галлия в другой элемент — германий. В нескольких тоннах галлия за месяц образуется 10—20 атомов германия. Эти цифры дают хорошее представление о чистоте экспериментов, проводимых в этой подземной лаборатории».

Примечательно, что ранее США предпочитали участвовать в международных экспериментах, проводимых в лабораториях других стран. Баксанскую лабораторию американцы поддерживали своими инвестициями, как и ряд других, расположенных в Европе и Канаде. Теперь Штаты обзаведутся собственным мощным инструментом, позволяющим приоткрыть завесу над самыми важными тайнами Вселенной.