Наскільки можуть судити астрономи, які вивчають спостережуваний Всесвіт, лише близько 5 відсотків його складається з матерії. Решта, або переважна більшість, складається з темної матерії (близько 27%) і темної енергії (близько 68%).
Темна матерія – це невидима матерія, яка не випромінює власного світла і взаємодіє зі звичайною матерією лише через гравітацію, доказом чого є галактики та скупчення галактик. Але враховуючи, що її в п’ять разів більше, ніж звичайної матерії, вчені, звісно, шукають прямі докази її існування.
Один з підходів до її пошуку, можливо, інтуїтивно зрозумілий, оскільки темна матерія пояснює те, що ми бачимо в зірках і галактиках, полягає в тому, щоб спуститися під землю.
У світі є кілька підземних об’єктів, де фізики шукають ознаки слабко взаємодіючих масивних частинок (WIMPs), серед іншого, вимірюючи вплив нейтрино. Ідея полягає в тому, що WIMPs повинні проходити через Землю весь час, коли вона рухається в космосі, тому для їх виявлення нам просто потрібні детектори, достатньо чутливі, щоб вловити ці слабкі взаємодії.
“У [Стенфордському експерименті LUX-ZEPLIN] дві масивні електричні сітки створюють електричне поле в об’ємі рідини, яке виштовхує вивільнені електрони на поверхню рідини”, – пояснює Г’ю Ліппінкотт, доцент кафедри фізики Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі, в статті для The Conversation.
“Коли вони проривають поверхню, вони втягуються в простір над рідиною, який заповнений газом ксеноном, і прискорюються іншим електричним полем, створюючи другий спалах світла. Два великі масиви світлових датчиків збирають ці два спалахи світла, і разом вони дозволяють дослідникам реконструювати положення, енергію і тип взаємодії, що відбулася”.
Ці детектори вражають, і навіть якщо вони не з’ясують, що таке темна матерія, вони можуть допомогти обмежити те, чим вона не є. Проблема, однак, полягає в тому, що якщо розмістити їх на поверхні, вони виявлятимуть занадто багато шуму.
“На Землі, однак, ми постійно оточені низькими, безпечними рівнями радіоактивності, що походять від мікроелементів – в основному урану і торію – в навколишньому середовищі, а також космічних променів з космосу, – продовжує Ліппінкотт. “Мета полювання на темну матерію полягає в тому, щоб побудувати якомога чутливіший детектор, щоб він міг бачити темну матерію, і розмістити його в якомога тихішому місці, щоб сигнал темної матерії можна було побачити на тлі радіоактивного фону”.
З цієї причини детектори темної матерії розміщують глибоко під землею. У провінції Онтаріо, Канада, вчені повинні щодня долати 2 кілометри (1,24 милі) під землею, а потім йти далі всередині діючої шахти, щоб дістатися до SNOLAB, найглибшої чистої лабораторії у світі.
Зафіксовані події під час експерименту LUX-ZEPLIN, що проводився глибоко під Чорними пагорбами Південної Дакоти, становили близько п’яти на день, що набагато менше, ніж трильйон подій, які можна було б зафіксувати на поверхні. Проте вчені виключили темну матерію як потенційну причину всіх цих подій. Але оскільки експерименти продовжуються, є надія, що вони зможуть знайти докази того, чого бракує у Всесвіті, глибоко під землею.
