Иногда кажется, что это сама темная материя мстит ученым за невнимание, с которым было встречено ее открытие более 80 лет назад. Тогда, в 1933 году, американский астроном швейцарского происхождения Фриц Цвикки, наблюдая за шестью сотнями галактик в расположенном в 300 млн световых лет от Млечного Пути скоплении Кома, обнаружил, что масса этого скопления, определенная исходя из скорости движения галактик, в 50 раз больше массы, вычисленной с помощью оценки светимости звезд.
Добавить в моё избранное
8 мин, 58 сек 5991
Появление темной материи
Не имея ни малейшего представления о том, что представляет собой эта разница масс, он и дал ей ставшее теперь официальным определение — темная материя.Очень долго темная материя мало кого интересовала. Астрономы полагали, что проблема скрытой массы разрешится сама собой, когда удастся собрать более полную информацию о космическом газе и очень тусклых звездах. Ситуация начала меняться лишь после того, как в 1970 году американские астрономы Вера Рубин и Кент Форд опубликовали результаты измерений скоростей звезд и газовых облаков крупной спиральной галактики М31 — туманности Андромеды. Против всех ожиданий оказалось, что вдали от ее центра эти скорости примерно постоянны, что противоречило ньютоновской механике и получало объяснение лишь при допущении, что галактику окружает большое количество невидимой массы.
Когда сталкиваешься с явлением, о котором ничего не известно, то ему можно приписать большое количество объяснений, и остается только перебирать их одно за другим, отметая негодные и придумывая по пути новые. Причем не факт, что среди всех этих объяснений окажется верное. Неправильное поведение периферийных звезд можно было объяснить, двигаясь в двух направлениях — немножко корректируя законы Ньютона или признавая, что на свете есть отличная от нашей материя, которую мы не видим, потому что частицы, из которых она состоит, не участвуют в электромагнитном взаимодействии, то есть не излучают света и не поглощают его, взаимодействуя с нашим миром только посредством гравитации.
Был ли Ньютон неправ?
Первое направление, то есть контрньютоновская корректировка, развивалось довольно вяло. Правда, в 1983 году израильский теоретик Мордехай Милгром создал так называемую модифицированную механику Ньютона, при которой малые ускорения реагируют на воздействующую силу несколько иначе, чем так, как нас учили в школе. Эта теория нашла множество последователей и вскоре была развита до такой степени, что нужда в темной материи исчезла. Примечательно, что сама Вера Рубин, всемирно признанный пионер в исследованиях темной материи, всегда склонялась именно к модификации Ньютоновых законов — похоже, ей просто не нравилась идея о веществе, которого много, но которое так никто и не увидел.Неуловимый вимп
Кандидатов же на частицы темной материи много, и для большинства из них есть обобщающее и почти ничего не говорящее название «вимпы» — это английская аббревиатура WIMPs, образованная от термина«Weakly Interacting Massive Particles», или «слабо взаимодействующие массивные частицы». Иначе говоря, это частицы, участвующие только в гравитационном и слабом взаимодействии — его действие распространяется на размеры значительно меньшие, чем размеры атомного ядра. Именно на поиски этих вимпов как на самое напрашивающееся объяснение и направлены сегодня основные усилия ученых.Детекторы вимпов, особенно те, где их ловят на ксенон, по своему принципу похожи на ловушки для нейтрино. Одно время даже считалось, что нейтрино и есть тот самый неуловимый вимп. Но масса этой частицы оказалась слишком мала — известно, что 84,5% всей материи Вселенной приходится на темную материю и, по подсчетам, столько нейтрино на эту массу не наберется.
А принцип прост. Берется, скажем, ксенон как самый тяжелый из благородных газов, охлаждается до азотных температур, а желательно и ниже, оберегается от всяких ненужных «гостей» типа космических лучей, вокруг сосуда с ксеноном устанавливается множество фотоэлементов, и вся эта система, расположенная глубоко под землей, приступает к ожиданию. Потому что ждать надо долго — по расчетам, длина ловушки с ксеноном, которая сможет с 50-процентой вероятностью захватить пролетевший сквозь нее вимп, должна составлять 200 световых лет!
Под захватом здесь понимается либо пролет вимпа рядом с атомом ксенона, причем пролет на таком расстоянии, на котором слабое взаимодействие уже работает, либо прямое попадание в ядро. В первом случае внешний электрон атома ксенона будет выбит со своей орбиты, что будет зарегистрировано по изменению заряда, во втором — он перескочит на другой уровень и сразу вернется «домой» с последующим выбросом фотона, который затем регистрируется фотоумножителями.
Сенсация или ошибка?
Впрочем, «просто» — это не совсем то слово в применении к детекторам вимпов. Это не очень просто и очень дорого. Один из таких детекторов под незамысловатым названием Xenon был установлен в подземной итальянской лаборатории Гран-Сассо. К сегодняшнему дню он был дважды модифицирован и носит теперь имя Xenon1T. Он самым тщательным образом очищается от примесей, способных приводить к сигналам, похожим на сигналы от темной материи. Например, от одного из типичных загрязнителей — радиоактивного изотопа криптона-85. Его содержание в коммерческом ксеноне составляет всего лишь несколько частей на миллион, однако при поиске вимпов это несусветная грязь.
Страница 1 из 3
