|
Инструмент для обнаружения скрытой темной материи
|
|
|
|
Хотя темная материя продолжает ускользать от нас — даже мощные детекторы не смогли уловить никаких сигналов — должен быть какой-то элемент или вещество, которые, наконец, смогут доказать существование того, что в противном случае остается невидимым. Он находится глубоко под Землей? Или в недрах лаборатории, где его, должно быть, кропотливо синтезируют?
|
|
|
|
Почему бы не взять банку газировки?
|
|
|
|
Десятилетия экспериментов по поиску слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMP), которые, как полагают, являются частицами тяжелой темной материи, возникшими на заре Вселенной, зашли в тупик. Исследователи потратили миллиарды долларов на создание и эксплуатацию подземных детекторов для них, куда не могло проникнуть мешающее излучение, в ожидании столкновения с ядром ксенона или германия, но эти средства с таким же успехом могли исчезнуть в космосе. Нигде не было обнаружено никаких признаков присутствия этих гипотетических тяжелых частиц темной материи. Так много внимания уделялось WIMP, что другие потенциальные диапазоны масс вещества, которые мы не можем увидеть, остались неизученными.
|
|
|
|
Но сейчас гипотезы меняются. Ученые полагают, что существует вероятность того, что темная материя существует в виде более легких частиц типа WIMP - легче протона — взаимодействия которых настолько легко заглушаются шумом, что их чрезвычайно трудно обнаружить. Для поиска таких частиц требуется подходящая молекула.
|
|
|
|
|
|
|
Теперь исследовательская группа из Физического института Макса Планка утверждает, что секрет может заключаться в форме сахара. В отличие от чистого водорода, который часто используется для исследования темной материи, сахароза содержит 22 атома водорода на молекулу. Такая плотность увеличивает вероятность столкновения с частицами темной материи — в большей степени, чем с гораздо более дорогими или экзотическими материалами.
|
|
|
|
“Несколько совместных проектов... разрабатывают детекторы следующего поколения с целью получения доступа к меньшим массам темной материи с беспрецедентной чувствительностью”, - говорится в исследовании исследователей, опубликованном на сервере препринтов arXiv, которое в настоящее время ожидает экспертной оценки.
|
|
|
|
Проект SWEET, как он теперь называется, использует кристаллы сахара в качестве детекторов частиц темной материи. Сахароза на самом деле является дисахаридным изомером. Как дисахарид, он представляет собой слияние двух моносахаридов (молекул сахара, которые не поддаются дальнейшему восстановлению), а то, что он является изомером, означает, что он имеет ту же молекулярную формулу, что и другие соединения, но атомы в его молекулах расположены по-другому.
|
|
|
|
Исследователей SWEET особенно интересуют различные размеры ядер в атомах углерода, водорода и кислорода, из которых состоит сахароза, и то, как они могут столкнуться с частицами темной материи с более разнообразной массой и, следовательно, обнаружить их.
|
|
|
|
Кристаллы сахара были выращены из высоконасыщенного раствора сахарозы и деионизированной воды. После испарения воды наиболее совершенные из этих отдельных кристаллов были охлаждены до абсолютного нуля и оснащены сверхчувствительными датчиками. Датчик света на сенсоре показал, что сахар испускает мерцающий свет высокой энергии, который помогает отфильтровывать фоновый шум и распознавать сигналы при взаимодействии частиц.
|
|
|
|
После 19 часов сбора данных команда обнаружила, что ее криогенный детектор сахара способен идентифицировать тепловые импульсы от взаимодействия частиц, даже несмотря на то, что частицы темной материи в нем не участвовали.
|
|
|
|
“Взаимодействие частиц внутри кристалла было успешно обнаружено и показало нормальные формы импульсов, что указывает на то, что материал реагирует согласованным и поддающимся измерению образом”, - заявили ученые. “Такое поведение говорит о том, что сахар остается многообещающим материалом-кандидатом, заслуживающим дальнейшего изучения”.
|
|
|
|
В будущем команда планирует провести модернизацию, усовершенствовав схему датчика, добавив источник рентгеновского излучения для облегчения измерения сигналов и используя новую систему сбора данных, которая более эффективно отфильтровывает шум. Ученые также будут выращивать более крупные кристаллы сахара, используя более чистый сахар, и уже обновляют оборудование для выращивания кристаллов. Вот это сладость.
|
|
|
|
Источник
|
