Топовым пространством для поиска черной материи умеют быть земные недра

    Практически в двух десятках подземных лабораторий, разбросанных по всему миру, уставленных чанами с жидкостью либо блоками из сплава и полупроводников, ученые отыскивают следы черной материи. Них опыты стают все труднее и труднее, а уж поиск проходит все вернее, однако пока что никто и не обнаружил прямых доказательств существования загадочной субстанции, из которой состоит 84% всей материи во Вселенной. Согласно новенькому изучению, мы обязаны спеть в корень, другими словами гораздо поглубже.

    Топовым пространством для поиска черной материи умеют быть недра Земли

    Черная материя различается от стандартной барионной материи — вещества, из коего состоят суперзвезды, галактики, собаки, люди и все другое — тем самым, что и не ведет взаимодействие ни с чем ничуть, за исключением как только сквозь гравитацию (и, может быть, малосильную ядерную силу). Мы сего и не лицезреем, однако физики практически убеждены, что она бытует и как только архитектор лепит галактики на них пути сквозь космос.

    В протяжении почти всех десятилетий желательными кандидатами на крупицы черной материи были гипотетичные умеренные крупицы — «вимпы» (WIMP), либо малосильно взаимодействующие громоздкие крупицы. Почти все опыты пробуют определить вимпы по следам них столкновения с обыденным раствором. В этаком сценарии вимп обязан коснуться атомного ядра средством слабенькой силы. Испуганное ядро отпрыгнет и испустит энергию в некой форме, вспышку света либо звуковую волну. Обнаружение этаких лишь только приметных явлений просит чувствительных инструментов, кои привычно закладываются глубоко под планету земля. В большей степени это же происходит оттого, что инструменты будут защищены от галлактических лучей, кои а также умеют вызывать реакцию ядер.

    Опосля десятилетних поисков этих хлипких сигналов, ученые почти ничего и не отыскали. И вот, команда физиков из Польши, Швеции и США предложила другую идею. Они полагают, что надо глядеть и не на германий, ксенон и сцинтилляторы в сенсорах под земной корой. Они полагают, что надо глядеть на саму земную кору. В летописях пород, где записываются и покрываются слоями истории нашей Галлактики, мы могли бы определить закаменевшие записи потревоженных атомных ядер, замороженные следы WIMPов.

    «Мы все время ищем другие подходы», разговаривает Кэтрин Фриз, физик-теоретик из Мичиганского вуза и разраб мыслях, кои легли в базу имеющихся сенсоров.

    Подземный палеодетектор будет ишачить аналогично современным алгоритмам прямого обнаружения. Заместо тамошнего, дабы оснащать лабораторию с наибольшим объемом воды либо сплава для наблюдения вспышек WIMP в действительном времени, можно выискать закаменевшие следы WIMP, врезающихся в атомные ядра. Некие классы минералов могли бы зафиксировать этакие следы.

    Ежели ядро отскакивает с достаточной энергией, и ежели возмущенные атомы потом оказываются глубоко под планетой земля (дабы защитить образчик от галлактических лучей, кои умеют запутать заданные), след отскока возможно сохранен. Ежели эдак, то ученые умеют раскопать валун, разобрать его по слоям времени и обследовать действия минувшего, используя сложноватые способы нановизуализации, вроде атомно-силовой микроскопии. Конечным результатом будет след окаменелости: след зауропода во время его бегства от хищника, исключительно в терминологии черной материи.

    Крохотные следы

    Подле пяти годов назад Фриз начала находить идеи для новеньких типов сенсоров наряду с Анджеем Друкиером, физиком из Стокгольмского вуза, который начал собственную карьеру с исследования обнаружения черной материи, до того как заняться биофизикой. Одна из них мыслях, разработанная наряду с биологом Джорджем Черчем, касалась сенсоров черной материи, основанных на ДНК и реакциях ферментов.

    В 2015 году Друкиер отправился в отечественный Новосибирск, дабы поработать над образцом био сенсора, который будет опубликован под земной поверхностью. В Нашей родины он познал об скважинах, пробуренных во время прохладной войны, некие из которых уходят на 12 км вниз. Никакие галлактические лучи и не умеют просочиться эдак далековато. Друкиер был заинтригован.

    Нормальные сенсоры черной материи относительно заглавные и максимально чувствительны к неожиданным событиям. Они проводят свои поиски в течение пары лет, однако по наибольшей части отыскивают сигналы WIMP в действительном времени. Минералы, хоть и относительно маленькие, и наименее чувствительные к взаимодействию, умеют олицетворять поиск, который продолжался сотки миллионов лет.

    «Этим кусочкам пород, извлеченным из максимально, максимально глубочайших кернов, почти млрд лет», разговаривает Друкиер. «Чем поглубже уходишь, тем самым они старше. Нежелательно возводить сенсор. Сенсор уже существуют, в земле».

    Однако у почвы существуют свои трудности. Планетка полна радиоактивного урана, который осуществляет нейтроны по мере распада. Эти нейтроны а также умеют выбивать ядра. Фриз разговаривает, что начальная работа ученых, описывающая палеодетекторы, и не учитывала шум, который образовывается распадом урана, однако огромное количество комментариев остальных заинтересованных ученых принудили них возвратиться и пересмотреть документ. Команда провела два месяца, изучая тыщи минералов, дабы осознать, какие из их изолированы от распада урана. Они говорят, что фаворитные палеодетекторы будут состоять из морских эвапоритов — по большому счету, каменной соли — либо пород, содержащих сильно мало кремнезема, кои именуются ультраосновными породами. За исключением тамошнего, они отыскивают минералы, содержащие не мало водорода, так как водород отлично перекрывает нейтроны, возникающие при распаде урана.

    Топовым пространством для поиска черной материи умеют быть недра Земли

    Поиск следов в почве может привести нас к маломассивным вимпам, полагает Трейс Слатьер, физик-теоретик из Массачусетского технологического колледжа, и не принимавшая роли в изучениях.

    «Вы ищете ядро, которое как бы беспричинно прыгает, однако оно обязано подскочить на конкретную величину, дабы его увидели. Ежели мячик для пинг-понга столкнется с шаром для боулинга, вы и не заметите особенного смещения крайнего — ежели лишь у вас нет способности зарегистрировать мелкие конфигурации в движении шара для боулинга».

    Самый непростой опыт

    Работа в полевых критериях будет сложный. Научные исследования обязаны будут проводиться глубоко под планетой земля, где эталоны керна будут защищены от галлактического и солнечного излучения. И для обнаружения свидетельств растолканных ядер потребуются современные способы нановизуализации.

    По словам Слатьер, даже ежели WIMP оставит зримый шрам, главный неувязкой палеодетекторов будет подтверждение тамошнего, что ископаемые следы вправду рождены частичками черной материи. Исследователям придется издержать не мало времени, дабы уверить себя, что взаимодействия с ядрами — это же и не работа нейтронов, нейтрино Солнца либо чего-то гораздо.

    «Придется низойти достаточно глубоко, дабы защититься от галлактических лучей. Однако это же и не лаборатория. Это же и не контролируемые условия. Вы сможете и не аристократию тотальной истории каменных отложений. Даже ежели вы обнаружите в их сигнал, придется сделать еще все больше работы, дабы убедиться, что вы и не видите какой нить фон».

    Друкиер и Фриз полагают, что сила палеодетекторов может заключаться в цифрах. Порода содержит огромное количество минералов, любой из которых содержит атомные ядра, кои по-разному отскакивают от мародерствующих вимпов. Потому различные элементы будут служить различными сенсорами, однако они все будут заключены в один образчик керна. В дальнейшем палеодетектор мог бы даже предоставить записи об вимпах во времени, определенно эдак же, как только окаменелости дозволяют палеонтологам реконструировать историю жизни на Планете земля.

    По воззрению Слатьер, длинноватая летопись могла бы предложить оригинальный взор на гало черной материи Млечного Пути, туча невидимого материала, сквозь которое проплывает Планета земля, когда галлактика совершает свое движение по орбите в 250 миллионов лет вокруг центра галактики. Осознание рассредотачивания гало черной материи Млечного Пути может отдать представление об его физическом поведении, разговаривает Слатьер. Может быть, это же а также продемонстрирует, может ли черная материя вести взаимодействие путями, кои вынянчат за границы гравитации.

    «Именно тут теория и моделирования присутствуют в стадии активного развития», разговаривает она. «Найдем ли мы черную материю», спрашивает Друкиер. «Я провел тридцать пять лет в ее поисках. Наверняка, это же самый непростой опыт во всем мире, потому нам может и не повезти. Однако это же круто».

    Думаете, обнаружим когда-нибудь? Поведайте в нашем чате в Телеграме.