Чехи исследуют загадки космоса под землёй в Канаде

В исследовании тёмной материи, одной из самых загадочных составляющих космоса, активное участие принимают чешские учёные. О том, какие методы в настоящее время изобретаются для её изучения и какие успехи были достигнуты, корреспонденту Радио Прага Александре Барановой рассказал руководитель отдела физических экспериментов Института технической и экспериментальной физики Чешского технического университета в Праге Роберт Филгас.

Фото: NASA, ESA/Hubble, CC BY 4.0Фото: NASA, ESA/Hubble, CC BY 4.0

Современные учёные сходятся во мнении, что тёмная материя – это форма материи, невидимая глазу человека, которая объясняет несоответствия в расчётах масс и скоростей движения космических тел. Впервые этот термин употребил в своих работах швейцарский астрофизик Фриц Цвикке в 1933 году, и по сей день его расчёты являются основным доказательством существования этого явления.

Роберт Филгас, фото: ČVUTРоберт Филгас, фото: ČVUT «Это некая гипотетическая форма материи, которая объясняет разницу между количеством материи, которое мы получим, рассчитав, каким образом движутся космические тела, и количеством, полученным из расчёта массы видимых нами космических объектов – звёзд в галактиках, например», - объясняет Роберт Филгас.

Существует масса противоречивых теорий о том, что же такое на самом деле тёмная материя. Одни исследователи полагают, что это какие-то сгоревшие звёзды или чёрные дыры, другие – что это элементарные частицы неизвестного происхождения, которые находятся повсюду и пролетают, в том числе, и сквозь наши тела, хотя мы об этом и не подозреваем. В теоретических моделях отдаётся предпочтение второму варианту.

«Поскольку частица эта никак не реагирует на свет и не имеет заряда, для обычных детекторов элементарных частиц она становится практически невидимой. Просто пролетит сквозь него, не оставив следа. Это как в фильмах ужасов, когда вы видите, как вылетает посуда из серванта, понимаете, что там кто-то или что-то есть, но коснуться или увидеть это вы не можете. Для этого необходимо создавать специальные детекторы», - полагает доктор Филгас.

Фото: Роберт ФилгасФото: Роберт Филгас Определить наличие такой частицы в пространстве можно двумя способами, при помощи так называемой прямой и косвенной детекции.

«В случае косвенной детекции мы стараемся уловить продукты аннигиляции частиц тёмной материи, то есть гамма-радиацию, антиматерию или нейтрино (аннигиляция - реакция превращения частицы и античастицы при их столкновении в какие-либо иные частицы, отличные от исходных – прим. ред.). В случае прямой детекции мы пробуем перехватить частицы напрямую. Частичка прилетит, передаст часть своей кинетической энергии ядру материи детектора, и отскочит, как бильярдный шар. Мы же можем измерить и определить величину этой кинетической энергии», - рассказывает учёный.

Разработка детекторов для данных экспериментов ведётся, в частности, в рамках проекта международного проекта PICO.

Фото: SNOLABФото: SNOLAB «PICO – международный коллектив, в него входят учёные из Канады, США, Индии, Мексики, Испании и Чехии, которую представляет наш Институт технической и экспериментальной физики. В рамках этого сотрудничества мы создаём детекторы, основной составляющей которых является ёмкость с перегретой жидкостью – последняя имеет температуру, превышающую её точку кипения, и находится в очень нестабильном состоянии. Хватит микроскопического импульса для того, чтобы жидкость эта перешла в газообразное состояние. Таким импульсом и может послужить появление частицы тёмной материи. Импульс вызывает кипение в точке взаимодействия, и в этом месте появляется пузырик», - объясняет Роберт Филгас.

Учитывая неуловимость частиц тёмной материи, детекторы для их определения должны отвечать главному условию: быть хорошо защищены от любого радиоактивного излучения и прочих воздействий внешней среды. Лучшим местом для их размещения, по словам физика, является подземная лаборатория SNOLAB в Канаде.

Фото: Роберт ФилгасФото: Роберт Филгас «В рамках проекта PICO в лаборатории SNOLAB было установлено уже несколько поколений детекторов, каждый из которых размером превосходит предыдущий. Сейчас нам предстоит установить новый 40-литровый детектор, для этого исследования был получен европейский грант, благодаря которому следующие полгода я проведу в Канаде и буду участвовать во всех технических процессах. Кроме того, в разработке находятся детекторы следующего поколения – Чехия и в этом принимает участие. Планируется установить их в течение двух-трёх лет, в той же лаборатории. Мы выбрали её потому, что она расположена на глубине двух километров под землёй, в шахте по добыче никеля в Канаде. Это одно из самых больших месторождений никеля и платины в мире, которые там оказались, скорее всего, благодаря какому-то метеориту. Благодаря своей глубине, лаборатория отлично защищена от нежелательной космической радиации – того самого фона, от которого нам необходимо в исследованиях избавиться».

Начать проводить полноценные эксперименты и получить первые данные, в случае успешной установки детектора, можно будет не раньше, чем через год. Пока же учёные по-прежнему могут ответить уверенно лишь на один вопрос: «Что точно не является частицей тёмной материи?» Однако и такой отрицательный результат в случае сложно разрешимых космических загадок тоже можно считать успехом.