Такие термины как «темная материя» и «темная энергия» стараниями ученых-физиков сегодня на слуху, но что это такое, до конца не понимают даже сами физики. Как в Новосибирске ищут то, из чего на 95% состоит Вселенная, но чего при этом никто никогда не видел, выяснял корреспондент РИА Новости.

Не видно, но есть

Темной материей ученые называют некую космическую субстанцию, которая, в отличие от, например, звезд, невидима, то есть не испускает и не поглощает свет.

Таким образом, наблюдать темную материю в телескоп нельзя, но гравитационное воздействие она оказывает, и благодаря этому астрономы «чувствуют» ее наличие. Однако, что именно является темной материей, пока неизвестно.

Рис. 1. Звездное небо.

О темной энергии известно еще меньше. Это удивительная субстанция, которая приводит к гравитационному отталкиванию на расстояниях в десятки миллионов световых лет. Согласно одной из гипотез темная энергия — это энергия какого-то нового поля, по другой — изменение свойств гравитационного взаимодействия небесных тел до своеобразной «антигравитации».

Существование этих явлений твердо доказано астрономическими данными. Вселенная состоит на 70% из темной энергии, еще на четверть — из темной материи. Остальное — звезды и межгалактический газ. Тем не менее, зарегистрировать в лабораториях эти загадочные субстанции пока не удалось. Эту задачу и поставили перед собой новосибирские физики.

Ведро и бочка

Лаборатория Александра Долгова притаилась в бесчисленных коридорах Института ядерной физики СО РАН, и без провожатых непосвященному никогда ее не найти. Небольшая комната заставлена столами, стеллажами и серверными шкафами, на которых ощетинилась проводами дорогостоящая электроника. В углу комнаты главная гордость лаборатории — собственноручно собранный детектор элементарных частиц.

Рис. 2. В лаборатории Александра Долгова.

«Это первый прототип детектора — "восьмилитровое ведро». А вон там, — показывает в сторону завлабораторией, доктор физико-математических наук Александр Долгов, — это второй — «столитровая бочка».

Рис. 3. Новосибирские физики о поисках темной материи (© РИА Новости. Алексей Стрелей).

Блестящая металлическая «столитровая бочка» похожа на миниатюрную ступень космической ракеты. Внутри такой емкости жидкий аргон, который облучают нейтронами, а подключенная к «бочке» высокоточная электроника регистрирует их присутствие. Таким же образом в дальнейшем планируется искать и темную материю.

Никто не умеет настраивать

Лаборатория Долгова работает уже два года, и для получения первоначальных результатов нужен такой же срок.

«Задача лаборатории в настоящее время не в прямом смысле найти темную материю, а создать методику для ее поиска. С помощью уже созданного первого прототипа детектора, мы этим сейчас и занимаемся», — поясняет декан физического факультета НГУ Александр Бондарь.

Рис. 4. Декан физического факультета НГУ Александр Бондарь (© РИА Новости. Павел Комаров).

В различных точках мира ученые уже трижды регистрировали в детекторах сигнал, который может быть интерпретирован как обнаружение темной материи. Однако эти результаты не подтверждены другими группами с такой же или более чувствительной аппаратурой.

Ведущий научный сотрудник новосибирской лаборатории Алексей Бузулуцков убежден, что это связано с проблемой калибровки детекторов при очень низких энергиях регистрируемых частиц. Изыскания сибиряков могут решить эту проблему.

Рис. 5. Ведущий научный сотрудник новосибирской лаборатории Алексей Бузулуцков демонстрирует прототип детектора темной материи.

«Мы называем это криогенно-лавинным детектором, — Бузулцков показывает на "бочку», — в эту емкость накачивается жидкий аргон или ксенон, который облучается нейтронами. Нам известен поток нейтронов низких энергий и мы видим, как реагирует детектор. Когда мы будем искать темную материю, свойства которой неизвестны, то по отклику детектора мы сможем вычислить ее энергию частиц".

Детектор в шахте

Однако, говорит Бузулуцков, мало откалибровать детектор — проводить эксперимент можно не в любых условиях. Лучше всего под землей, там практически отсутствует фон от космических лучей и, согласно расчетам, детектор не сможет уловить ничего, кроме темной материи.

«Для этого надо поместить детектор в шахту, но угольные не подходят — там метан, он нам не нужен. Подходят, например, соляные шахты, а идеальный вариант — пробурить тоннель внутри горы, по которому просто можно закатить детектор внутрь», — говорит Бузулуцков.

Рис. 6. Новосибирские физики о поисках темной материи (© РИА Новости. Алексей Стрелец).

Найти подходящую шахту — серьезная и дорогостоящая проблема. Для этого, наверняка, потребуется международная коллаборация, как обычно и делается в крупных экспериментах.

Подходящих шахт в России новосибирцы не нашли, но могут быть неплохие варианты в Западной Европе. На создание полномасштабного детектора потребуется около 120 миллионов рублей, еще примерно такая же сумма нужна для установки прибора в шахте. Деньги на прибор готов выделить бюджет, а вот вторую часть суммы еще придется поискать.

Невод и экскаватор

Несмотря на то, что лаборатория нацелена на решение одной из наиболее животрепещущих проблем фундаментальной физики, разрабатываемые в ней высокоточные приборы могут быть использованы в «народном хозяйстве», например в медицине для диагностики онкологических заболеваний или для дистанционного и потому безопасного контроля за работой атомных реакторов.

«Сами методы могут нести прикладную пользу. Интернет тоже сначала делали как компьютерную сеть для того, чтобы проводить расчеты для экспериментов. А сегодня им может пользоваться любой школьник», — приводит пример Бондарь.

Рис. 7. Доктор физико-математических наук Александр Долгов.

Что касается использования самих найденных веществ, например, темной энергии в работе электростанций, то это, уверены ученые, вопрос весьма отдаленного будущего. «Возможно, будут какие-нибудь космические неводы, которые будут собирать темную энергию», — улыбается Долгов.

«Или космические экскаваторы», — добавляет Бондарь.

«Да, или экскаваторы», — ответил Долгов.