В поисках темной материи: предложены два новых интересных метода

8 193 просмотра
Об авторе

Темная материя

Где же темная материя? Ученые, которые десятилетиями охотятся за этим эфемерным веществом, если его можно так назвать, начинают переживать, что ищут не там. В конце концов, как можно искать вещество, из которого состоит большая часть массы Вселенной, и не находить? После того, как последние результаты  оставили ученых ни с чем, несмотря на применение самых чувствительных детекторов, частицы темной материи можно попытаться найти в небольшом теоретическом диапазоне масс и прочих характеристик. Сейчас ученые предлагают два метода, которые могли бы покрыть эту оставшуюся территорию.

Большая часть массы Вселенной приходится на темную материю (около 80%). И хотя мы не можем ее увидеть или потрогать, ученые знают, что ее гравитация искажает изображения удаленных объектов и удерживает галактики вместе. Начиная с 1980-х годов эксперименты идут один за другим, протекают глубоко в горах и шахтах, когда ученые терпеливо пытаются засечь хоть одну частицу темной материи. Большой адронный коллайдер сталкивает другие частицы вместе, пытаясь создать темную материю в этом процессе. Но пока неуловимое вещество все не появляется на виду. Ни БАК, ни LUX (Large Underground Xenon) в Южной Дакоте ничего не показали. Сейчас ученые все чаще задумываются о том, что эти эксперименты ищут не те частицы, а поиск темной материи потребует новых методов.

До сих пор поиски темной материи в основном были сосредоточены на «слабо взаимодействующих массивных частицах» (вимпах, WIMP) — теоретических частицах весом между 1 ГэВ и 1 ТэВ, между одной и тысячью масс протона. Многие физики давно считают их самыми перспективными кандидатами на роль частиц темной материи, поскольку теория подразумевает, что вимпы должны вносить примерно столько же массы во Вселенную, сколько и темная материя, которую измерили астрономы. Только вот пока эти частицы упорно отказываются появляться. Все эксперименты, как правило, пытаются найти редкие проявления вимпов, сталкивающихся с атомами в контрольном веществе; в случае с LUX этот материал — жидкий ксенон, в других используют твердый германий или другие вещества.

«Парадигма вимпов сейчас в осаде» после стольких неудач, которые существенно сократили число мест, где они могут скрываться, говорит Кэтрин Журек из Национальной лаборатории Лоренса Беркли в Беркли, штат Калифорния. Журек приводит два недавних исследования, предлагающих новые способы поиска темной материи в форме частиц, которые могут быть легче вимпов, вроде так называемой асимметричной темной материи. Такие частицы могли бы взаимодействовать с обычными частицами в форме пока еще не открытой темной силы. «Идея в том, что может быть скрытый сектор, в котором темная материя будет очень легкой и взаимодействовать с обычными частицами в индивидуальном порядке», говорит Журек. «Люди начали задумываться об этой парадигме не больше десяти лет назад».

Вместо традиционных материалов, которые используются для (попыток) обнаружения темной материи, группа Журек в первом случае использует сверхпроводящий алюминий, в котором электроны могут перемещаться без какого-либо сопротивления. В сверхпроводнике электроны связываются в так называемые «куперовские пары». Энергия от поступающей частицы темной материи может разбить одну из таких пар и послать через сверхпроводник вибрации, которые уловит сверхчувствительный детектор тепла (TES). Об этом методе ученые рассказали в январе в Physical Review Letters.

Второй метод и второй случай был представлен в прошлом месяце также в Physical Review Letters. Он использует сверхтекучий гелий, жидкость с нулевой вязкостью из переохлажденных атомов гелия, которые могут двигаться относительно друг друга без какого-либо сопротивления. Поступающая частица темной материи могла бы вступить в контакт с ядром гелия и вызвать цепную реакцию, которая отправит серию фотонов, квантовых звуковых волн, в TES. Оба метода рассчитаны на очень легкий стук в дверь от темной материи, куда легче, чем ожидают другие эксперименты, и могли бы засечь частицы массой в 1 кэВ, одну миллионную массы протона. Традиционные эксперименты рассчитаны на частицы весом в 10 МэВ, в десять тысяч раз тяжелее кэВ.

LUX

Впрочем, и нынешнее поколение экспериментов по поиску темной материи получает обновление. LUX становится LUX-ZEPLIN, или экспериментом LZ; XENON100 в Италии становится XENON1T; SuperCDMS в Миннесоте переезжает на новое место в Канаде. Но даже улучшенные их версии смогут почуять частицы до 10 МэВ в лучшем случае. Если ничего не найдут, ученые, вероятнее всего, обратятся к предложениям Журек и попытаются поискать еще более легкие частицы. Но эти эксперименты потребуют дополнительных исследований и разработок в области сверхпроводящего алюминия и сверхтекучего гелия, разработки и непосредственного создания детекторов на их основе. «Эти эксперименты будут технически сложными, но не очень дорогими», считает Журек.

«Поиск в этом направлении начался отчасти потому, что мы не нашли стандартных вимпов», говорит Дэн Бауэр, ученый из Национальной ускорительной лаборатории Ферми в штате Иллинойс, представитель SuperCDMS. Хотя ученые все еще питают надежду найти вимпы с более высокой массой, «мы осознали, что всегда искали свет под фонарями. Но есть много больше территории, доступной для частиц темной материи с меньшей массой».

Пока экспериментаторы строят детекторы для поиска более легких частиц, теоретики перебирают идеи на тему возможных частиц темной материи. «Теоретики очень креативны», говорит Боб Якобсен, физик из Калифорнийского университета в Беркли, работающий на LUX и LZ. «Если есть еще не изученный регион масс, теоретики сделают что-нибудь математически последовательное с ним. А когда опубликуют, нашей задачей будет отфильтровать все варианты».

Детекторы на основе сверхпроводников и сверхтекучих жидкостей потребуют от физиков разделения их времени между текущими поисками и новыми исследованиями, говорит Крис Талли, физик Принстонского университета. «Придется строить эти технологии параллельно с текущими экспериментами», говорит он. Сам он рассчитывает увидеть рабочие макеты уже через пять-десять лет (хотя сама Журек больше склоняется к десятилетнему отрезку времени). Современные эксперименты располагаются глубоко под землей, чтобы быть защищенными от космических лучей, которые создают лишний шум. Эксперименты на основе сверхпроводников или сверхтекучих жидкостей потребуют экранирования от электромагнитных волн, вроде тех, что у нас в телефонах. Но работа в этом направлении уже ведется.

В поисках темной материи: предложены два новых интересных метода

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

45 комментариев

  1. iDenis

    Может мы сами из темной материи? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  2. Dasha2000

    В индийских УПАНИШАДАХ говорится о невидимой силе ( Воле Творца), пронизывающей все Пространство.
    ( версию о ТМ и ТС оставим открытой, да?)

    Дополню отличную статью выдержкой:


    Природа темной энергии и темной материи является одной из величайших неразгаданных загадок современной науки. Темная материя – гипотетическая субстанция, впервые возникшая в теоретических работах физиков в 70-х гг. прошлого века для объяснения аномального распределения скоростей движения звезд и газа в галактиках. Результаты исследований показали, что это движение происходит из-за мощного гравитационного воздействия, которое уже невозможно было объяснить только видимой материей.

    В глобальном смысле под темной материей понимается часть массы галактик, невидимая для глаза. Эта материя не способна излучать или поглощать свет, что и отразилось в ее названии. Согласно принятой гипотезе, галактика наполнена темной материей, ее предостаточно в Солнечной системе и, естественно, часть ее проходит и через Землю.

    Темная энергия, действие которой тоже невозможно измерить напрямую, заставляет Вселенную расширяться. Ученые полагают, что без темной энергии под действием сил гравитации Вселенная бы "схлопнулась".

    • Riccard

      бога не существует, уйди на сайт РПЦ плиз, тут научный сайт

      • dawson.white

        Научный сайт?XD (отправлено из приложения Hi-News.ru)

      • ttutiki

        Щас бы говорить о науке и делать безосновательные утверждения. За это я и люблю людей.

        • Riccard

          все довольного основательно, пока бога не доказали (как и фей и деда мороза и души и барабашки) исходим из того, что не существует. Бритва Оккамы и здравый смысл видимо прошли мимо тебя в твоем развитии )

          • Sam777

            Доказательство Бога, пожалуйста :)
            1.Вселенная существует.
            2.Вселенная создана целенаправленно (Бог есть) или появилась случайно.
            3. Если Вселенная появилась случайно, то значит существует неограниченное, бесконечное число вероятностей в бесконечном числе Вселенных.
            4.Если число Вселенных бесконечно, с вероятностью возникновения всего, то в какой-то из них рано или поздно появится абсолютное существо вне времени и пространства, которому будет подвластна любая из этих Вселенных (т. е. Бог).
            5. Таким образом логически Бог существует :)
            Но это доказательство Вам ничего не докажет.
            Потому что верно лишь то, во что мы верим. И сами рождаем своих Богов. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

          • Sam777

            И да, бритва Окамма (правильно так) как раз доказывает что самое простое объяснение является верным.
            То есть вариант что "Войну и мир" написал Толстой это более простое объяснение, чем то, что его напечатали бесконечное число обезьян бесконечно долго тыкающих в бесконечное множество печатных машинок :)
            Так что не множим сущности без основания и уважаем чужое мнение (даде если не согласны с ним), (отправлено из приложения Hi-News.ru)

            • deaddreams

              что за бред судить о более простом объяснении постфактум. Какова вероятность что некое существо вдруг станет "Толстым" и напечатает слово в слово "Войну и мир"? Эта вероятность = вероятности что эту "войну и мир" напечатает толпа обезьян. Не больше не меньше. и совершенно это не более простое объяснение. Более простым оно вам кажется потому что УЖЕ ПРОИЗОШЛО и вы судите о нем постфактум. По сути - вы выкинули миллиард костей с миллиардами граней и на всех выпало 999999999 (и случилось то, что случилось - толстой написал роман) а потом заявляете. Да ну, это элементарно, это просто, это простое объяснение, такое случается всегда. Бред.

              • Sam777

                Вообще-то это не моя идея. Это называется онтологическое доказательство. Человек сослался на то, что логически Бога нет. На что я ему привел пример онтологического доказательства. Потрудитесь вбить это словосочетание в поисковую строку и изучить вопрос прежде чем называть бредом, то в нем вы совершенно не разбираетесь.
                Ну и самое главное - что в выражении "вне времени и пространства" для вас непонятно?
                Для Бога (если он есть) не существует никаких "сначала" и "потом", а все существует одномоментно - в одной точке пространства и времени. Ну этого вам конечно совсем не понять.
                (отправлено из приложения Hi-News.ru)

              • Sam777

                И да, чтобы в вашем черно-белом мировозрение, было понятно - я не верующий в религию человек. Но и воинствующих атеистов, которые дальше своего носа не видят - да дух не переношу, поэтому такая резкая реакция.
                Воинствующие атеисты еще хуже религиозных фанатиков.
                Пишу де пишу - для человека верно лишь то во что он сам верит, никто никому ничего доказать не сможет, это пустое. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

              • Sam777

                И еще, про Толстого и обезьян :) Конкретно про ваш коммент. Предположим вы не знаете откуда появился роман. Что вам кажется более логичным (а спор был именно из-за логики) - что "Войну и мир" целенаправленно написал кто-то или случайно буквы сложились сами собой?
                Поэтому логически любое творение подразумевает автора. И логически доказать отсутствие Бог не получится. Собственно для это был приведен этот пример. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

          • Bit

            Ты не веришь в Деда Мороза?

    • HornYabaka

      Что ты несешь, ТП?

    • logos

      в УПАНИШАДАХ.....эти знания верные...другой вопрос...представь книжка, скажем Ландау на флешке у туземца.....какие выводы он сделает)))

  3. pathetic

    Когда же эти физики с математиками разродятся и поменяют парадигму? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • Aldo

      Может, поможешь им? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

      • Joe

        Может гравитация на больших расстояниях действует по другому закону (как меняются формулы в СТО), а может имеется некое 5-е взаимодействие, которое еще слабее гравитации. Вариантов масса, нужно искать во всех направлениях, а не зацикливаться на вимпах (отправлено из приложения Hi-News.ru)

        • Aldo

          Может. Но мне нравится, как вы все считаете, что передовые физики теоретики и практики имеют меньший кругозор, чем вы. Это то же самое что стоять над хирургом и давать ему рекомендации. Смешно и глупо. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • Riccard

      зачем ему менять? У тебя есть данные, которые не знают ученые?

  4. rafa86

    Моё субъективное мнение,что тёмная материя это физическое состояние гравитации(так сказать видимая)Если на секунду в это поверить,то и подход поиска её структур в корне меняется...Это все равно,что догнать свою тень... (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • Bit

      Или отдельные струны...

    • deaddreams

      как насчет того,что гравитация это мнимая сила и никакого притяжение объектов на самом деле нет, есть падение одного объекта на другой и это сугубо геометрический эффект, как показал Эйнштейн в ОТО.

  5. 0.5l

    я тоже не вижу тёмных блох на тёмной материи

  6. Denus Warrus

    Современная физика в поисках эфира...ну чтоб мордой лица в свиные какахи не вляпаться, переименовали его в тёмную материю, не изменив сути вещей.

    • Sam777

      Да уд, тысячу раз уже этого говорили, но людям же надо работать :) Может чего полезного найдут (вернее придумают :) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  7. Palpy

    Угу, давайте назовём её силой им. Дж. Лукаса.
    ;!

  8. nim_cch

    За 10 миллионов рублей я расскажу, что такое темная материя и как поставить опыт, который это подтверждает.

  9. nim_cch

    За 20 миллионов рублей я изложу основы так называемой теории всего, которая объединяет все силы природы и дает ответы на фундаментальные вопросы что такое движение, время, гравитация и прочее.

  10. Ultimatemind

    Вот идиоты, нету никакой темной энергии, просто мы не понимаем абсолютно, как светлая работает... Читаю и плачу просто со смеху, они ищут темную энергию, даже не подозревая, как устроены гравитационные взаимодействия объектов, это все-равно, что Зевса искать на небе, который молнии пускает, так как не знаешь, что такое электричество...

  11. logos

    забавно) спустя 21 год решили поискать, что то полегче, ну что же флаг в руки) пока не поймут, что эфир может обладать различными свойствами...лучшее что было в этом направлении ЕТМ.

  12. uran

    Это фокус такой вечно действующий - искать то, чего нет. И работой лаборатория обеспечена, да и подкопаться не к чему, докажи ка, что не искал, даже если найдёшь :) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.