Сергей Собянин открыл завод по производству рентгенодиагностических аппаратовДетектор темной материи LUX-ZEPLIN зарегистрировал необычное взаимодействие частиц, которое может оказаться прямым доказательством существования темной материи. С подробностями – научный обозреватель Николай Гринько.
Фото: lz.lbl.gov
Вот уже почти целый век ученые пытаются обнаружить темную материю – вещество, из которого, как считается, состоит около 85% всей Вселенной. Несмотря на такое внушительное количество, обнаружить темное вещество до сих пор никому не удавалось. О его наличии исследователи судят исключительно по гравитационному взаимодействию, которое оказывают друг на друга галактики. Специалисты множества лабораторий проводили самые разные эксперименты, но обнаружить само вещество не удавалось никому.
Одним из проектов по поиску загадочной материи является гигантский детектор LUX-ZEPLIN, расположенный на глубине около 1,5 километра под землей в американском штате Южная Дакота. Детектор обслуживают 250 человек, работающих в 39 различных научных организациях.
В основе установки – титановый резервуар, наполненный примерно 10 тоннами сверхчистого жидкого ксенона. Полуторакилометровая толща земли не пропускает к детектору космические частицы, но для темной материи такой "экран" теоретически не должен представлять препятствия. Если частица темной материи столкнется с ядром атома ксенона, это должно вызвать всплеск энергии и вспышку света. Увидеть ее невооруженным взглядом невозможно, но сверхчувствительные камеры способны ее зарегистрировать.
В реальности все обстоит вовсе не так идеально. На самом деле детектор постоянно регистрирует фоновый шум: самые разные частицы все-таки проникают под землю и вызывают множество вспышек в резервуаре. Информация об этих событиях обрабатывается компьютерами (причем иногда обработка длится месяцами и даже годами), и подавляющее большинство из них распознается как несущественные, поскольку их легко объяснить. Если компьютеру не удается разобраться в ситуации, он отправляет информацию на изучение живым людям, но и они до сих пор не видели в данных ничего необычного.
Фото: lz.lbl.gov
Однако на днях был проанализирован очередной массив информации, полученной за 220 дней – с марта 2023 по апрель 2024 года. И среди фонового шума был обнаружен энергетический всплеск, который современная наука не может объяснить ничем иным, кроме как обнаружением частицы темной материи.
Пока ученые крайне осторожны в формулировках. Они не заявляют об открытии неуловимого вещества, а лишь делают предположения. Если это действительно была частица темной материи, то ее масса, возможно, превысила бы массу протона в 200 раз.
Предельная обтекаемость формулировок вполне объяснима. Дело в том, что существует специальная шкала, по которой вычисляют статистическую значимость наблюдений. В физике элементарных частиц существует строгий порог, по достижении которого можно заявлять об открытии: вероятность случайной ошибки должна составлять примерно 1 к 3 500 000. Находка одной-единственной частицы пока даже близко не походит к такой величине, а значит, предстоит еще много месяцев наблюдений и обработки огромного количества данных. Одинокая необъяснимая вспышка далеко не означает прорыва в науке.
Почему же исследователи с таким упорством ищут темную материю? Причина в том, что устройство окружающего нас мира уже не укладывается в формулы стандартной физики. Выяснилось, что то вещество, которое мы способны наблюдать, составляет лишь около 5% от массы всей Вселенной. Галактики, которые мы видим, движутся так, что их движение можно объяснить только присутствием гигантского количества "темной материи" и "темной энергии".
Но одно дело – предположить, что вокруг нас есть материя, которую мы не видим, и совсем другое – обнаружить ее реальное присутствие. Ученые, совершившие такое открытие, могут рассчитывать как минимум на Нобелевскую премию. Впрочем, это вовсе не главный стимул для исследователей.
Хотя...
