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 4.0

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

«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 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: 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 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.