У покинутому золотому руднику, розташованому в одній милі від міста ^, штат Південна Дакота, інженери та фізики з Університету Вісконсін-Медісон працюють над створенням камери, що містить 10 тонн рідкого ксенона. Вони сподіваються, що в підземній шахті, де експериментальний простір буде захищено від сонячних частинок і космічного випромінювання, вони зможуть вперше виявити темну матерію.
Ми вже публікували докладний розбір того, чим може бути загадкова темна матерія з точки зору сучасної фізики. Початкова гіпотеза з'явилася ще в 1930-х роках, коли астрономи зрозуміли, що у галактики бракує сили гравітації для того, щоб зберігати свою структуру тільки за рахунок видимих її джерел - зірок, планет, чорних дір і т. п. Безпосередньо саму темну матерію досі виявити не вдавалося, її існування було виведено лише за допомогою гравітаційних математичних моделей. Однак астрономи вважають, що насправді у Всесвіті темної матерії може бути в п'ять разів більше, ніж видимої. Команда UW-Madison вирішила покласти край цій невизначеності.
Експеримент на золотих приисках Південної Дакоти називається LUX-ZEPLIN, або LZ для короткості. Він є розширеною версією попереднього експерименту Large Underground Xenon (LUX) і програми темної матерії ZEPLIN. Ідея полягає в тому, щоб виявити частинку темної матерії в момент, коли вона взаємодіє з атомом ксенона, викликаючи ланцюгову реакцію в камері, яка в результаті зробить викид ультрафіолетового світла і випустить шквал електронів. Відразу після того, як рідкий ксенон загориться, газоподібний ксенон в камері над ним відреагує виділенням електронів і випустить другий, більш яскравий імпульс світла. Фізики, які працюють над проектом, описують його як «дзвінок», який буде дзвеніти, коли на нього впливає частинка темної матерії.
«Частинки темної матерії можуть бути прямо тут, в кімнаті, проходячи крізь вашу голову і, можливо, зрідка стикаючись з деякими атомами», - сказав у прес-релізі Дункан Карлсміт, професор фізики в UW-Madison.
Схематичне зображення підземної лабораторії LUX-ZEPLIN
Раніше цього місяця Міністерство енергетики затвердило заключні етапи будівництва ЛЗ на золотій копальні, офіційно названій Санфордським підземним дослідницьким центром. Тим часом, дослідники працюють з меншим прототипом пристрою, щоб гарантувати, що коли «великий» LZ буде запущений в 2020 році, він не буде сприйнятливий до перешкод.
Щоб переконатися, що ніщо, за винятком темної матерії, не взаємодіє з рідким ксеноном, команда будує дві зовнішні камери, призначені для виявлення і видалення будь-яких забруднюючих частинок. Камера буде заповнена 10 тоннами рідкого ксенона, і понад 500 фотопомножувачами - вакуумними трубами, які є ультрачутливими світловими детекторами і контролюватимуть LZ. Якщо щось крім темної матерії порушить спокій ксенона, детектори повинні будуть показати, що це помилкова тривога.
Як тільки установка в підземній шахті буде готова, а експеримент запущений, залишиться тільки чекати. Фізики будуть шукати масивні частинки, що слабо взаємодіють, або WIMP, які є гіпотетичними «будівельними блоками» темної матерії. Вважається, що більшу частину часу WIMP проходять через звичайну матерію без будь-яких слідів, але можуть час від часу стикатися зі звичайними частинками.
Перед тим, як проводити глобальний експеримент, необхідно протестувати його на менш габаритній і дорогій моделі
LZ залишиться включеним, принаймні, протягом п'яти років, проте всі сподіваються, що йому вдасться вперше виявити WIMP або іншим чином виключити їх як ефірну речовину, що становить темну матерію. Інші експерименти в Центрі астрофізики частинок Вісконсіна IceCube, а також проекти в Італії та Китаї проводять свої експерименти з пошуку прямих доказів існування темної матерії. Фізики UW-Madison також використовують Великий адронний колайдер у спробі виявити темну матерію, яка створюється при зіткненнях високоенергетичних частинок. Гонка першовідкривачів темної матерії в самому розпалі!
Якщо ми зможемо знайти і виміряти цю речовину, ми досягнемо більшого розуміння принципів роботи Всесвіту, ніж будь-коли раніше. Цілком можливо, що темна матерія становить понад 25 відсотків всього космосу, і як тільки ми виявимо специфічні властивості матеріалу, вона може відкрити секрети, які довгий час залишалися від нас прихованими.
