Чтобы добраться до Лаборатории подземной физики Стауэлла, требуется около получаса. Тридцать минут могут показаться недолгими, но это полчаса, потраченные на то, чтобы погрузиться в грузовик, который извивается и поворачивает все глубже в черные как смоль туннели золотого рудника Стауэлл. Профессора Элизабетту Барберио это не смущает. Физик из Мельбурнского университета и директор Центра передового опыта по физике частиц темной материи много раз совершал путешествие под километр скалы. «Становится жарче и влажнее, — говорит она, когда фары грузовика освещают еще одну отвесную стену скалы, уходящую в темноту, — но в лаборатории есть кондиционер».
Лаборатория подземной физики Ставелла (SUPL) — единственная лаборатория подземной физики в южном полушарии, и ее цель — ответить на один из фундаментальных вопросов о нашей Вселенной — существует ли темная материя? На данный момент, несмотря на десятилетия исследований, существование частиц темной материи является теоретическим, но то, как ведет себя наша Вселенная, говорит нам о том, что что-то там должно быть. Фактически, без него вселенная, какой мы ее знаем, может вообще не существовать.
По словам профессора Барберио, мы действительно можем наблюдать только около пяти процентов всей Вселенной; остальное частично состоит из темной материи — невидимых фундаментальных частиц, которые составляют большую часть материи, не имеют электрического заряда, не излучают свет и почти не взаимодействуют ни с чем, что мы можем видеть. «Неважно, где мы находимся на Земле — под землей или над землей — через нас проходят тысячи, если не миллионы частиц темной материи, и они ничего нам не делают. Для этих частиц мы прозрачны», — говорит профессор. Барберио.
Но почему лаборатория находится на дне золотого рудника?
«Исследования темной материи должны проводиться так глубоко под землей, чтобы исключить космический «шум» и излучение. Космические лучи поглощаются горными породами, поэтому, если вы пойдете достаточно глубоко, вы можете свести их почти к нулю», — говорит профессор Барберио.
Итальянские ученые, работающие над проектом DAMA/LIBRA, утверждают, что обнаружили темную материю в подземной лаборатории Гран-Сассо, которая находится внутри горы, но обнаруженный ими сигнал колеблется в течение года в соответствии с сезонами на Земле.
«По мере того, как Земля вращается вокруг Солнца, частицы темной материи уносятся к нам встречным или попутным ветром. Если это встречный ветер, темной материи больше, а если попутный, то меньше», — говорит профессор Барберио.
Именно поэтому в южном полушарии есть лаборатория SUPL, где можно воспроизвести итальянские тесты и исключить любые сезонные колебания.
Сама лаборатория немного напоминает подземное логово злодея Бонда. Профессор Барберио соглашается.
«Это все часть моего секретного плана по захвату мира». Она не совсем справляется со злобным смехом.
Основной эксперимент, проводимый в подземной лаборатории, известен как Южный эксперимент по йодиду натрия с активным подавлением фона (или SABRE South для краткости).
Устройство, используемое для обнаружения темной материи, займет почти треть полностью стерильной лаборатории, которая имеет размеры 33 метра в длину и 10 метров в ширину с 14-метровым потолком.
Он будет использовать семь сверхчистых кристаллов йодида натрия, помещенных в цилиндры и обернутые медью, с двумя очень чувствительными инструментами, называемыми фотоумножителями, на каждом конце.
Эти семь кристаллов, которые выращивают в США и Китае, затем помещают в радиационно-защищенный резервуар, заполненный примерно 12 метрическими тоннами жидкости под названием бензол.
«Если частицы темной материи взаимодействуют с кристаллом, возникает вспышка света, которую улавливают фотоумножители», — говорит профессор Барберио.
«Было проведено много экспериментов со многими различными элементами, но именно эксперимент DAMA/LIBRA в Италии с использованием кристалла йодида натрия произвел этот свет в результате того, что мы считаем взаимодействием с темной материей».
Именно свойства йодида натрия делают его таким чувствительным.
«Темная материя взаимодействует с ядром кристалла, поэтому важна масса ядра. В зависимости от массы темной материи разные материалы будут иметь разную чувствительность.
«Итак, если темная материя имеет большую массу, ядро с большой массой будет более чувствительным».
В этот момент профессор Барберио замечает мое непроницаемое лицо.
«Подумайте о бильярдном шаре. Если у вас есть большой бильярдный шар, а темная материя намного меньше бильярдного шара, вы не сможете сдвинуть большой шар, поэтому вы не будете производить сигнал. Но если ваша темная материя бильярдный шар огромен, он просто раздавит все.
«Вам нужно иметь два бильярдных шара — или ядра — одинакового размера, тогда вы получите четкий сигнал».
SABRE будет собирать данные в течение следующих трех лет или около того. Для контекста: итальянский проект DAMA/LIBRA собирал данные более двадцати лет.
«Этот эксперимент сложно воспроизвести, он такой чувствительный.
«Нам просто нужно иметь возможность сказать «да» или «нет» тому, видели ли мы тот же сигнал, что и Италия, чтобы это не заняло много времени.
— Но если да — о боже.
В настоящее время проводится пять других экспериментов, пытающихся проверить результаты итальянского исследования — в Испании, Корее, Японии, Австрии и США. Это похоже на гонку, чтобы доказать существование темной материи.
Но с единственным детектором темной материи в южном полушарии исследовательская группа в Стауэлле, состоящая из ученых из Технологического университета Суинберна, Университета Аделаиды, Австралийского национального университета, Сиднейского университета и Австралийской организации ядерной науки и технологий (ANSTO). , а также Мельбурнский университет — находится в ложе, чтобы сделать главное открытие века.
Профессор Барберио выглядит возмущенным, когда я говорю это, а затем смеется.
«Не только в этом столетии — это будет одно из величайших открытий в истории — выяснить, из чего состоит Вселенная».
