Південнокорейська лабораторія полюватиме на темну матерію
Новий детектор темної матерії під горою в Джонсоні, Південна Корея, готується до запуску. Команда намагається виключити – або, можливо, відтворити – загадкові результати попереднього детектора в Італії.
Наскільки астрономи, які вивчають спостережуваний Всесвіт, можуть сказати, що лише близько 5 відсотків його складається з матерії. Решта, або переважна більшість, складається з темної матерії (близько 27 відсотків) і темної енергії (близько 68 відсотків).
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 з огляду на те, 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.
“На Землі, – пояснює Г’ю Ліппінкотт, доцент кафедри фізики Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі, в статті для The Conversation, – нас постійно оточує низький, безпечний рівень радіоактивності, що походить від мікроелементів – переважно урану і торію – в навколишньому середовищі, а також космічних променів з космосу”.
“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”.
У світі є кілька підземних об’єктів, де фізики шукають ознаки слабко взаємодіючих масивних частинок (WIMPs), зокрема, 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.
Поки що, по суті, безрезультатно. Але в 1997 році одна команда в Італії – учасники експерименту DAMA/LIBRA в Національній лабораторії Гран-Сассо – повідомила про загадкові результати. Їхній детектор використовує кристали йодиду натрію, які виробляють крихітні спалахи світла, коли субатомна частинка взаємодіє з ядром всередині цих кристалів. Команда повідомила про спалахи світла, які свідчать про те, що в них влучили субатомні частинки. Цього слід було очікувати, оскільки деякі фонові події, згадані вище, потрапляють на детектори.
Однак кількість подій варіювалася протягом року, що можна було б очікувати, якби деякі з них були спричинені темною матерією. Це пояснюється тим, що Земля рухається крізь гало темної матерії Чумацького Шляху швидше на певних ділянках своєї орбіти, збільшуючи очікувану кількість спостережень. Коли ж вона рухається повільніше через гало, очікується, що кількість відкриттів буде меншою.
Результати були суперечливими, особливо тому, що інші команди намагалися повторити результати, але не змогли. Але команда продовжувала бачити ці виявлення, навіть коли вони підвищили чутливість своїх приладів. Якщо каламутити воду, то зі збільшенням чутливості детектора він мав би виявляти зіткнення з меншими енергіями. Пік їхньої активності припадав би на різні пори року, але цього не було помітно в даних.
Зараз команда з Південної Кореї намагається повторити експеримент DAMA/LIBRA на новій установці під назвою Yemilab. Попередній експеримент команди – COSINE-100 – не зміг повторити результати DAMA/LIBRA, незважаючи на використання схожої установки з тими ж кристалами йодиду натрію.
“Початкові результати викреслюють значну частину можливої області пошуку темної матерії, окресленої сигналом DAMA”, – сказав Хюн Су Лі, співречник COSINE-100, у своїй заяві в 2016 році. “Іншими словами, залишається мало місця для того, щоб ця заява була пов’язана з взаємодією темної матерії, якщо тільки модель темної матерії не буде суттєво модифікована”.
Новий експеримент – COSINE-200 – використовує ту ж саму установку, але з підвищеною чутливістю і більш “радіочистими” кристалами йодиду натрію. Загалом, проект, який має розпочатися в серпні, також краще захищений, ніж експеримент DAMA/LIBRA, що, як ми сподіваємося, зменшить будь-які фонові перешкоди, які могли мати місце в попередніх експериментах.
Сподіваємось, що зібрані дані покажуть нам, чи раніше заявлене виявлення було помилкою, іншими джерелами (завжди є така можливість, просто запитайте команду, яка вважала, що бачила нейтрино швидшими за легкі), чи чимось справді дивним.
