Чехи исследуют «частицы-призраки» и темную материю в глубочайшей подземной лаборатории Европы
Чешские исследователи принимают участие в уникальном проекте в Савойских Альпах, направленном на изучение основных строительных блоков Вселенной. Их цель – разгадать тайну происхождения так называемой темной материи. Эксперименты проводятся в самой глубокой подземной лаборатории Европы, расположенной на границе Франции и Италии.
Одним из ключевых объектов их исследований является нейтрино – почти неуловимая частица, способная проходить сквозь вещество, не оставляя следов. Нейтрино не имеют электрического заряда, обладают очень малой массой и участвуют только в слабом и гравитационном взаимодействиях. Их также называют «частицами-призраками», поскольку они чрезвычайно слабо взаимодействуют с веществом, и миллиарды из них проходят через Землю и нас каждую секунду.
«Нейтрино – сегодня самая изучаемая частица в физике, и при этом мы все еще до конца не понимаем ее свойства. Если нам удастся точно измерить ее массу, – а это и есть наша цель здесь, в лаборатории, – мы сможем объяснить несколько процентов недостающей темной материи во Вселенной. Но задача чрезвычайно сложная», – рассказывает директор Института технической и экспериментальной физики Чешского технического университета Иван Штекл.
Может возникнуть вопрос: почему исследовать фундаментальные частицы Вселенной нужно под землей на глубине трех тысяч метров? По словам Ивана Штекла, в других условиях это попросту невозможно: везде присутствует космическое излучение, которое мешает точным измерениям. Именно поэтому эксперименты проводятся под горным массивом.
Сегодня над проектом работает группа из нескольких десятков чешских ученых – представителей Чешского технического университета, Физико-математического факультета Карлова университета и других учреждений. Иван Штекл был одним из немногих, кто начинал эти исследования вскоре после «Бархатной революции».
«Мы занимаемся исследованиями нейтрино и темной материи, а наши коллеги из области биомедицины изучают клетки и ДНК в среде, свободной от радиации. Кроме того, мы разрабатываем технологии для максимально эффективного подавления радиации», – добавляет Штекл.
Расхожее представление о физиках, сидящих за компьютерами в стерильных лабораториях, здесь не работает.
«Сначала вы три года таскаете десятки тонн грязных материалов, а только потом, когда все готово, можете наконец-то сесть за компьютер – и то всего на пару недель», – смеются исследователи.
В проекте задействованы не только ученые, но и чешские компании. Недавно при участии чешских специалистов и предприятий здесь запустили важнейший элемент эксперимента – установили детектор весом в 30 тонн.
«Данный эксперимент называется SuperNEMO. Это, конечно, международное сотрудничество – в одиночку такое не осилить. Нам в Чехии повезло: у нас до сих пор есть высокотехнологичные компании, способные производить оборудование по нашим точным требованиям. Позже они уже самостоятельно получают заказы на мировом рынке. По нашим оценкам, технологии, разработанные здесь, могут быть реализованы на рынке без нашего участия и будут стоить около 150 миллионов крон (6,18 млн евро)», – заключает Иван Штекл.
Для чего ученым изучать нейтрино и темную материю?
Исследования нейтрино и темной материи помогут ученым в будущем понять эволюцию Вселенной в целом. Они важны для понимания фундаментальных процессов во Вселенной. Темная материя составляет примерно 27% массы и энергии Вселенной, а видимая материя – всего около 5%, поэтому изучение ее свойств помогает объяснить структуру галактик, скоплений галактик и эволюцию Вселенной в целом. Нейтрино, обладающие крайне малой массой и практически не взаимодействующие с веществом, служат уникальными «посланниками» из самых горячих и плотных процессов во Вселенной, позволяя проверять Стандартную модель физики частиц и искать новые законы природы.
Изучение нейтрино также помогает понять происхождение асимметрии между материей и антиматерией. Так, нейтринолесс двойной бета-распад может показать, что нейтрино являются своей собственной античастицей, что объяснило бы, почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии. Кроме того, нейтрино и темная материя влияют на процессы формирования звезд, сверхновых и крупномасштабной структуры Вселенной, помогая создавать точные модели космологической эволюции.
Для их поиска разрабатываются сверхчувствительные детекторы и новые методы анализа данных, которые находят применение не только в физике, но и в медицине, материаловедении и промышленности. Таким образом, исследования нейтрино и темной материи одновременно расширяют наше понимание космоса и стимулируют технологические инновации.
Подземная лаборатория Модан (Laboratoire Souterrain de Modane – LSM) является одним из важнейших европейских научных центров, занимающихся исследованием физики частиц, астрофизики и радиации. Она была основана в 1982 году и находится под двойным руководством Института ядерной физики и физики частиц (IN2P3) Национального центра научных исследований (CNRS) и Университета Гренобль-Альпы.