Полювання на темну матерію стане набагато цікавішим. І холоднішим. Вчені розробляють надхолодну квантову технологію для полювання на найбільш невловну і загадкову речовину Всесвіту.
Попри те, що темна матерія перевищує кількість звичайної матерії у нашому Всесвіті приблизно в шість разів, вчені не знають, що воно взагалі таке. Частково це пояснюється тим, що жоден експеримент не зміг її виявити. Тож вчені з кількох університетів Великої Британії об’єдналися, щоб побудувати два найчутливіші детектори темної матерії. Кожен експеримент буде спрямований на пошук різних гіпотетичних частинок, з яких може складатися темна матерія. Хоча ці частинки мають дещо схоже, у них різні характеристики, і вони потребують різних методів виявлення.
Обладнання, яке використовується в обох експериментах, настільки чутливе, що компоненти мають бути охолоджені до тисячної частки градуса вище абсолютного нуля – теоретичної та недосяжної температури, при якій припиняється будь-який рух атомів. Таке охолодження потрібно, щоб запобігти “шуму” з навколишнього світу, який спотворює результати вимірювань. “Ми використовуємо квантові технології при наднизьких температурах, щоб створити найчутливіші сьогодні детектори, – говорять представники команди. – Наша мета – спостерігати цю таємничу матерію безпосередньо в лабораторії та розгадати одну з найбільших загадок у науці”.
Через свою невидимість темна матерія становить серйозну проблему для вчених. Вона не взаємодіє зі світлом або “звичайною” матерією, а якщо і взаємодіє, то дуже рідко або дуже слабо. А можливо, і те, і інше. Ми не знаємо. Але через ці характеристики вчені знають, що темна матерія не може складатися з електронів, протонів і нейтронів. Вони є частиною баріонів, що складають повсякденну матерію, таку як зірки, планети, місяці, наші тіла, морозиво і навіть сусідські коти.
Єдина причина, чому вчені вважають, що темна матерія взагалі існує, полягає в тому, що ця загадкова субстанція має масу і взаємодіє з гравітацією. Завдяки цьому вона може впливати на динаміку звичайної матерії та світла, що дозволяє зробити висновок про її присутність.
Астрономкиня Віра Рубін виявила наявність темної матерії, яку раніше теоретично припускав вчений Фріц Цвіккі, бо побачила, що деякі галактики обертаються так швидко, що якби на них впливала лише видима, баріонна матерія, вони б розлетілися на частини. Однак насправді вчені прагнуть не висновку, а скоріше виявлення самих частинок темної матерії.
Our scientists from @LancUniPhysics with @oxfordphysics @RHULPhysics are at the @royalsociety this week with their exhibit about their search for dark matter which makes up about 80% of the universe #summerscience https://t.co/GREsbhfwHx
— Lancaster University (@LancasterUni) July 5, 2024
Однією з гіпотетичних частинок, які наразі розглядаються як головні підозрювані в існуванні темної матерії, є дуже легкий “аксіон”. Вчені також припускають, що темна матерія може складатися з більш масивних (досі невідомих) нових частинок, взаємодія між якими настільки слабка, що ми їх ще не спостерігаємо. Як аксіони, так і ці невідомі частинки демонстрували б надслабку взаємодію з матерією, яку теоретично можна було б виявити за допомогою досить чутливого обладнання.
Для їхнього виявлення потрібні два експерименти, оскільки поточні пошуки темної матерії зазвичай зосереджуються на частинках, маса яких у 5-1000 разів перевищує масу атома водню. Тож якщо частинки темної матерії легші, вони будуть пропущені.
Експеримент Quantum Enhanced Superfluid Technologies for Dark Matter and Cosmology (QUEST-DMC) призначений для виявлення зіткнень звичайної матерії з темною у вигляді слабко взаємодіючих частинок, які мають масу від 1% маси водню і до трохи більшої за водень. Він використовуватиме легкий стабільний ізотоп гелій-3 з ядром з двох протонів і одного нейтрона, охолоджений до макроскопічного квантового стану для досягнення рекордної чутливості.
Читайте також: