Темные дела: физики ищут невидимую "руку" творца

© Иллюстрация РИА Новости . Алина Полянина, Depositphotos / AlexmitТемная материяТемная материя
Подпишись на ежедневную рассылку РИА Наука

Спасибо за подписку

Пожалуйста, проверьте свой e-mail для подтверждения подписки

МОСКВА, 22 авг — РИА Новости, 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 солидная "доказательная база". Есть ли у ученых шансы когда-нибудь обнаружить темное вещество — в материале РИА Новости.

Масса меняет структуру пространства-времени
Парадоксы Вселенной: масса продолжает удивлять физиков

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 обычные частицы, из которых состоят атомы, то излучение отталкивало 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 методами.

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 галактик не хватает, чтобы удержать скопление. Значит, должна быть скрытая масса. Позже эта гипотеза обрела многочисленные подтверждения по аномалиям скоростей вращения галактик: удаленные от центра части 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 массивные 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 огромное невидимое гало. Используя различные модели, ученые вычисляют распределение плотности темного вещества в гало и на этом основании строят догадки о структуре.

© NASA / CXC/SAO/E. O'Sullivan et al.Слева — гало темной материи в галактике NGC 4555
Слева — гало темной материи в галактике NGC 4555

Состав темной материи

Физики склоняются к тому, что темная материя состоит 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 РИА Новости Дмитрий Горбунов, член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник Института ядерных исследований РАН.

Компьютерная модель «паутины» Вселенной
Российские физики решили главную космологическую загадку десятилетия

Среди кандидатов на роль темных частиц — сверхлегкие аксионы, слабовзаимодействующие частицы (WIMP), стерильное нейтрино, которое помогает объяснить 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 теоретиков 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.

Расширение Вселенной
Гравитация против темной энергии: что обеспечивает существование Вселенной

"При таком предположении после остывания первичной плазмы остается нужное количество темной материи", — объясняет Дмитрий Горбунов. 

Исходя из этого, темные частицы могут уничтожаться 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, когда в него врежется частица темной материи. Эти события сами по себе редкие, поскольку частица если и взаимодействует, то слабо. Удар вызывает возбуждение атома и всплеск энергии, который фиксируется детектором.

Детектор ADMX
Первые поиски "легкой" темной материи завершились неудачей

При этом бесконечно увеличивать объем вещества детектора, 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 спуститься ниже этого сигнала.

"Нужно использовать детектирование направления удара частицы. Это существенно подавит фон, потому что нейтрино летят направленно от Солнца, а темное вещество 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 вылететь частица, но ее нет. Значит, она невидимая.

Пока ни одним из способов поймать частицы темной материи не удалось. Непонятно даже, какой из них наиболее перспективен.

© Иллюстрация РИА НовостиСостав Вселенной
Состав Вселенной
РИА Наука
Комментарии
9 пользователей оставили 9 комментариев
новые инструменты = новые открытия. в добрый путь
Игра в кошки мышки с Природой однако начинает утомлять, беспомощность физиков что теоретиков, что экспериментаторов налицо, собственно оные и не пытаются этого скрывать, опять нужен гениальный одиночка пронзающий материю своим разумом и сознанием, да, измельчал род человеческий, не до титанов разума ему, капиталистическое потребление его удел...
Наверх
Авторизация
He правильное имя пользователя или пароль
Войти через социальные сети
Регистрация
E-mail
Пароль
Подтверждение пароля
Введите код с картинки
He правильное имя пользователя или пароль
* Все поля обязательны к заполнению
Восстановление пароля
E-mail
Инструкции для восстановления пароля высланы на
Смена региона
Идет загрузка...
Произошла ошибка... Повторить
правила комментирования материалов

Регистрация пользователя в сервисе РИА Клуб на сайте Ria.Ru и авторизация на других сайтах медиагруппы МИА «Россия сегодня» при помощи аккаунта или аккаунтов пользователя в социальных сетях обозначает согласие с данными правилами.

Пользователь обязуется своими действиями не нарушать действующее законодательство Российской Федерации.

Пользователь обязуется высказываться уважительно по отношению к другим участникам дискуссии, читателям и лицам, фигурирующим в материалах.

Публикуются комментарии только на тех языках, на которых представлено основное содержание материала, под которым пользователь размещает комментарий.

На сайтах медиагруппы МИА «Россия сегодня» может осуществляться редактирование комментариев, в том числе и предварительное. Это означает, что модератор проверяет соответствие комментариев данным правилам после того, как комментарий был опубликован автором и стал доступен другим пользователям, а также до того, как комментарий стал доступен другим пользователям.

Комментарий пользователя будет удален, если он:

  • не соответствует тематике страницы;
  • пропагандирует ненависть, дискриминацию по расовому, этническому, половому, религиозному, социальному признакам, ущемляет права меньшинств;
  • нарушает права несовершеннолетних, причиняет им вред в любой форме;
  • содержит идеи экстремистского и террористического характера, призывает к насильственному изменению конституционного строя Российской Федерации;
  • содержит оскорбления, угрозы в адрес других пользователей, конкретных лиц или организаций, порочит честь и достоинство или подрывает их деловую репутацию;
  • содержит оскорбления или сообщения, выражающие неуважение в адрес МИА «Россия сегодня» или сотрудников агентства;
  • нарушает неприкосновенность частной жизни, распространяет персональные данные третьих лиц без их согласия, раскрывает тайну переписки;
  • содержит ссылки на сцены насилия, жестокого обращения с животными;
  • содержит информацию о способах суицида, подстрекает к самоубийству;
  • преследует коммерческие цели, содержит ненадлежащую рекламу, незаконную политическую рекламу или ссылки на другие сетевые ресурсы, содержащие такую информацию;
  • имеет непристойное содержание, содержит нецензурную лексику и её производные, а также намёки на употребление лексических единиц, подпадающих под это определение;
  • содержит спам, рекламирует распространение спама, сервисы массовой рассылки сообщений и ресурсы для заработка в интернете;
  • рекламирует употребление наркотических/психотропных препаратов, содержит информацию об их изготовлении и употреблении;
  • содержит ссылки на вирусы и вредоносное программное обеспечение;
  • является частью акции, при которой поступает большое количество комментариев с идентичным или схожим содержанием («флешмоб»);
  • автор злоупотребляет написанием большого количества малосодержательных сообщений, или смысл текста трудно либо невозможно уловить («флуд»);
  • автор нарушает сетевой этикет, проявляя формы агрессивного, издевательского и оскорбительного поведения («троллинг»);
  • автор проявляет неуважение к русскому языку, текст написан по-русски с использованием латиницы, целиком или преимущественно набран заглавными буквами или не разбит на предложения.

Пожалуйста, пишите грамотно — комментарии, в которых проявляется пренебрежение правилами и нормами русского языка, могут блокироваться вне зависимости от содержания.

Администрация имеет право без предупреждения заблокировать пользователю доступ к странице в случае систематического нарушения или однократного грубого нарушения участником правил комментирования.

Пользователь может инициировать восстановление своего доступа, написав письмо на адрес электронной почты moderator@rian.ru

В письме должны быть указаны:

  • Тема – восстановление доступа
  • Логин пользователя
  • Объяснения причин действий, которые были нарушением вышеперечисленных правил и повлекли за собой блокировку.

Если модераторы сочтут возможным восстановление доступа, то это будет сделано.

В случае повторного нарушения правил и повторной блокировки доступ пользователю не может быть восстановлен, блокировка в таком случае является полной.

Чтобы связаться с командой модераторов, используйте адрес электронной почты moderator@rian.ru или воспользуйтесь формой обратной связи.

Заявка на размещение пресс-релиза
Компания
Контактное лицо
Контактный телефон или E-mail
Комментарий
Введите код с картинки
Все поля обязательны к заполнению. Услуга предоставляется на коммерческой основе.
Заявка успешно отправлена