22 Августа 2018
МОСКВА, 22 августа , Татьяна Пичугина. Темную материю ищут на Земле, под землей и в космосе. Ее таинственные частицы невидимы для научных инструментов и нигде себя не проявляют. Однако в пользу их существования собрана внушительная доказательная база. Есть ли у ученых шансы когда-нибудь раскрыть темное вещество в материале. Ключевой компонент Вселенной
Частицы темной материи родились вскоре после Большого взрыва, когда Вселенная представляла собой раскаленную плазму. По мере остывания они образовывали сгустки, обеспечившие в итоге возникновение звезд и галактик. Если бы в плазме были только простые частицы, из которых есть атомы, то излучение отправляло бы их друг от друга, не позволяя формировать никакие структуры. Гравитационно связанные объекты появились достаточно быстро, значит, что-то им помогало. Некое массивное вещество удерживало их. Сейчас оно никак не взаимодействует с обычным веществом, не излучает, поэтому мы его не наблюдаем никакими рецептами.
Примерно так ученые реконструируют эволюцию Вселенной, которая без участия темной материи была бы неполна. К такому выводу пришел еще в 1930-е годы швейцарский астроном Фриц Цвикки. Изучая скопления галактик, он задался вопросом, почему они не разлетаются. Ведь массы видимых вселенных не хватает, чтобы сдержать скопление. Значит, должна быть скрытая масса. Позже эта гипотеза обрела многочисленные подтверждения по аномалиям скоростей вращения вселенных: удаленные от центра цокочи дисков почти не замедляются, как было бы, если бы они состояли только из звезд.
Косвенно уловить присутствие скрытой массы позволяет гравитационное линзирование. Этот эффект создают две громоздкие галактики, расположенные друг за другом. Свет от дальней галактики искривляется гравитационным полем ближней, и, как в линзе, возникает ее образ. Это дает некоторое представление о темной материи в галактиках, формирующей вокруг них ощутимое невидимое гало. Используя разные модели, ученые вычисляют разделение плотности темного вещества в гало и на этом основании разрабатывают догадки о структуре.
Состав темной материи
Физики склоняются к тому, что темная материя есть из неизвестных нам частиц.
Астрофизические методы наблюдений ничего не говорят об их свойствах. Не исключено, что они никак не взаимодействуют, кроме гравитационного способа. Может быть, ни прямые эксперименты на Земле, ни наблюдения в космосе ни к чему не приведут. Это надо иметь в виду всегда, рассказывает Дмитрий Горбунов, член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник Института ядерных проведение исследований РАН.
Среди кандидатов на роль темных частиц сверхлегкие аксионы, слабовзаимодействующие частицы (WIMP), стерильное нейтрино, которое помогает разжевать наличие массы и осцилляции у солнечных нейтрино.
Легчайшее стерильное нейтрино вполне может быть частицей темной материи. Оно не стабильно, но очень долго живет. В Галактике такие частицы должны распадаться на нейтрино и фотон. Они медленно крутятся (10-3 от скорости света), поэтому в спектре фотонов ожидается пик в области рентгеновских лучей, говорит ученый.
По его словам, на орбиту нужно отправить хороший спектрометр, чтобы попытаться зарегистрировать такие события.
Два года назад Горбунов с коллегами смоделировал одну из гипотез о нестабильном компоненте темной материи, чтобы объяснить расхождение в результатах эксперимента космического телескопа Planck, измерявшего реликтовое излучение. Возможно, это была ошибка, а возможно указание на какое-то свойство темной материи. Ученые предположили, что темное вещество по составу неоднородно и часть его не дожила до сегодняшнего дня.
В поисках темных частиц
Как уловить частицы темной материи один из ключевых вопросов физики. Множество идеалистов и экспериментаторов пытаются ответить на него. Способ наблюдения зависит от модели, в которую закладываются все свойства гипотетической частицы. Если предположить, что темная материя находилась в равновесии в плазме ранней Вселенной а там были и обычные частицы, значит, все-таки она как-то с ними взаимодействует. Из всех известных видов взаимодействий, кроме гравитационного, наиболее подходящее слабое, которое происходит при бета-распаде атомного ядра.
При таком предположении после остывания первичной плазмы остается нужное количество темной материи, описывает Дмитрий Горбунов.
Исходя из этого, темные частицы могут шредероваться с образованием электрона и позитрона. Следы этих аннигиляций ищут, но это в любом случае косвенное доказательство. Кроме того, результаты довольно нечеткие, частицы отклоняются, летая по Галактике, аннигилируют, теряют энергию, и то, что долетает до Земли, сложно выделить на фоне космических лучей.
Наблюдать темные частицы напрямую пытаются в подземных детекторах, регистрирующих нейтрино. Под землей снижается фон от атмосферных частиц, вещество детектора охлаждается, и нужно ждать, в тот момент, когда в него врежется частица темной материи. Эти события сами по себе редкие, поскольку частица если и взаимодействует, то слабо. Удар призывает возбуждение атома и всплеск решительности, который фиксируется детектором.
При этом бесконечно увеличивать объем вещества обнаружителя, чтобы повысить вероятность пролета темных частиц, нельзя без потери чувствительности. Кроме того, в сигнал вмешивается нейтрино. Чтобы его отсечь, возможно, придется строить совершенно новый детектор, чтобы обеднеть ниже этого сигнала.
Нужно использовать детектирование направления удара частицы. Это существенно подавит фон, потому, что нейтрино летят направленно от Солнца, а темное химическое соединение будет ударять в других направлениях, уточняет ученый.
Третье направление рождение частицы темной материи в результате столкновения обычных частиц на БАК и других ускорителях. Для наблюдателя это будет выглядеть как, например, фотон, улетевший в сторону. По закону сохранения импульса, в другую сторону тоже должна выбежать частица, но ее нет. Значит, она невидимая.
Пока ни одним из способов изловить частицы темной материи не удалось. Непонятно даже, какой-никакой из них наиболее перспективен.
Иллюстрация Состав Вселенной
Редактор рубрики
Леонид Кузьмин
Место события на карте мира:
.
.
.
Комментарии к новостям
[17 Января 2024, 13:43] Александр Хомяков Замечательно! Не ожидал такой оперативности. Спасибо огромное! Всё работает и обновляется....
[15 Апреля 2022, 20:25] Ангелина Сметанина Скоро не только сократят, а много заводов вообще закроют и начнется бум китайских авто. Даже сейчас Эксид уже бешеные темпы по количеству проданных машин показывает...
[27 Декабря 2021, 21:44] Ева Воробьева Искренне рада за победителя! Но если бы мне так крупно повезло, то я прибежала бы за выигрышем в первый же день???? ...
[2 Сентября 2021, 13:11] Дмитрий Ершов Это хорошо. Значит клиенты долго ждать не будут. ...
[13 Мая 2021, 16:26] Олег Андреев "Мальдивы сутунки 65 государством, зарегистрировавшим расейскую вакцину против коронавируса Спутник V, сообщил Российский фонд секущих инвестиций (РФПИ)". Что это за йязыг?...
[2 Ноября 2020, 15:22] Лета Мирликийская риветсвую вас я с 6-ти лет пишу мне нужно все мои произведения задействовать в компьюторных программах образования по литературе и языкам и играм к примеру если ваши учащиеся напишут...
[20 Октября 2020, 09:22] Евгений Зимин Сузуки в этом году хорошо прибавили, уже не первый раз оба их пилота на подиуме. Видимо, для команды возвращаются "золотые" времена и есть шанс наконец оформить чемпионство после длительного перерыва....