WIIKI.RU: Поиски темной материи: зачем новосибирским физикам бочки и шахты

Физика - это область естествознания, наука. Она изучает самые общие и фундаментальные закономерности, которые определяют структуру и эволюцию материальн... читать далее »

Новости по Физике

19.08.2013 11:45

Поиски темной материи: зачем новосибирским физикам бочки и шахты. Физика.

Такие термины как "темная материя" и "темная энергия" стараниями ученых-физиков сегодня на слуху, но что это такое, до конца не понимают даже сами физики.

Как в Новосибирске ищут то, из чего на 95% состоит Вселенная, но чего при этом никто никогда не видел, выяснял корреспондент РИА Новости.

Не видно, но есть

Темной материей ученые называют некую космическую субстанцию, которая, в отличие от, например, звезд, невидима, то есть не испускает и не поглощает свет. Таким образом, наблюдать темную материю в телескоп нельзя, но гравитационное воздействие она оказывает, и благодаря этому астрономы "чувствуют" ее наличие. Однако, что именно является темной материей, пока неизвестно.

О темной энергии известно еще меньше. Это удивительная субстанция, которая приводит к гравитационному отталкиванию на расстояниях в десятки миллионов световых лет. Согласно одной из гипотез темная энергия — это энергия какого-то нового поля, по другой — изменение свойств гравитационного взаимодействия небесных тел до своеобразной "антигравитации".

Существование этих явлений твердо доказано астрономическими данными. Вселенная состоит на 70% из темной энергии, еще на четверть — из темной материи. Остальное — звезды и межгалактический газ. Тем не менее, зарегистрировать в лабораториях эти загадочные субстанции пока не удалось. Эту задачу и поставили перед собой новосибирские физики.

Ведро и бочка

Лаборатория Александра Долгова притаилась в бесчисленных коридорах Института ядерной физики СО РАН, и без провожатых непосвященному никогда ее не найти. Небольшая комната заставлена столами, стеллажами и серверными шкафами, на которых ощетинилась проводами дорогостоящая электроника. В углу комнаты главная гордость лаборатории — собственноручно собранный детектор элементарных частиц.

"Это первый прототип детектора — "восьмилитровое ведро". А вон там, — показывает в сторону завлабораторией, доктор физико-математических наук Александр Долгов, — это второй — "столитровая бочка".

Блестящая металлическая "столитровая бочка" похожа на миниатюрную ступень космической ракеты. Внутри такой емкости жидкий аргон, который облучают нейтронами, а подключенная к "бочке" высокоточная электроника регистрирует их присутствие. Таким же образом в дальнейшем планируется искать и темную материю.

Никто не умеет настраивать

Лаборатория Долгова работает уже два года, и для получения первоначальных результатов нужен такой же срок. "Задача лаборатории в настоящее время не в прямом смысле найти темную материю, а создать методику для ее поиска. С помощью уже созданного первого прототипа детектора, мы этим сейчас и занимаемся", — поясняет декан физического факультета НГУ Александр Бондарь.

В различных точках мира ученые уже трижды регистрировали в детекторах сигнал, который может быть интерпретирован как обнаружение темной материи. Однако эти результаты не подтверждены другими группами с такой же или более чувствительной аппаратурой.

Ведущий научный сотрудник новосибирской лаборатории Алексей Бузулуцков убежден, что это связано с проблемой калибровки детекторов при очень низких энергиях регистрируемых частиц. Изыскания сибиряков могут решить эту проблему.

Мы называем это криогенно-лавинным детектором, — Бузулцков показывает на "бочку", — в эту емкость накачивается жидкий аргон или ксенон, который облучается нейтронами. Нам известен поток нейтронов низких энергий и мы видим, как реагирует детектор. Когда мы будем искать темную материю, свойства которой неизвестны, то по отклику детектора мы сможем вычислить ее энергию частиц".

Детектор в шахте

Однако, говорит Бузулуцков, мало откалибровать детектор — проводить эксперимент можно не в любых условиях. Лучше всего под землей, там практически отсутствует фон от космических лучей и, согласно расчетам, детектор не сможет уловить ничего, кроме темной материи.

"Для этого надо поместить детектор в шахту, но угольные не подходят — там метан, он нам не нужен. Подходят, например, соляные шахты, а идеальный вариант — пробурить тоннель внутри горы, по которому просто можно закатить детектор внутрь", — говорит Бузулуцков.

Найти подходящую шахту — серьезная и дорогостоящая проблема. Для этого, наверняка, потребуется международная коллаборация, как обычно и делается в крупных экспериментах.

Подходящих шахт в России новосибирцы не нашли, но могут быть неплохие варианты в Западной Европе. На создание полномасштабного детектора потребуется около 120 миллионов рублей, еще примерно такая же сумма нужна для установки прибора в шахте. Деньги на прибор готов выделить бюджет, а вот вторую часть суммы еще придется поискать.

Невод и экскаватор

Несмотря на то, что лаборатория нацелена на решение одной из наиболее животрепещущих проблем фундаментальной физики, разрабатываемые в ней высокоточные приборы могут быть использованы в "народном хозяйстве", например в медицине для диагностики онкологических заболеваний или для дистанционного и потому безопасного контроля за работой атомных реакторов.

"Сами методы могут нести прикладную пользу. Интернет тоже сначала делали как компьютерную сеть для того, чтобы проводить расчеты для экспериментов. А сегодня им может пользоваться любой школьник", — приводит пример Бондарь.

Что касается использования самих найденных веществ, например, темной энергии в работе электростанций, то это, уверены ученые, вопрос весьма отдаленного будущего. "Возможно, будут какие-нибудь космические неводы, которые будут собирать темную энергию", — улыбается Долгов.

"Или космические экскаваторы", — добавляет Бондарь.

"Да, или экскаваторы", — ответил Долгов.

Источник