Сейчас учёные считают, что тёмной материи во Вселенной намного больше, чем привычной нам видимой материи. Большую долю занимает только другая таинственная сила — тёмная энергия. Но если тайна тёмной энергии ещё ждёт своих первооткрывателей, то к пониманию того, чем является тёмная материя, учёные уже подошли вплотную.
Сейчас исследователи сходятся во мнении: всё, что мы видим во Вселенной, окружено океаном тёмной материи — частицами, не реагирующими ни на какое известное нам излучение и потому невидимыми. Но они имеют массу, а значит оказывают гравитационное воздействие. Гравитация тёмной материи скрепляет галактики и создаёт галактические нити, вдоль которых расположена вся материя видимой Вселенной.
Зная, что гравитация пока что является единственным способом наблюдения за тёмной материей, команда учёных из США предложила метод прямого выявления этих частиц через их гравитационное взаимодействие с видимой материей. Исследователи «охотятся» на фрагменты тёмной материи, имеющие массу кристаллика соли (обычно в таких исследованиях учёные оперируют массой элементарных частиц или наоборот — галактическими масштабами). Вместо того, чтобы пытаться поймать невероятно лёгкие и невидимые частицы, учёные сосредоточились на более реальной задаче.
«Наша идея основывается на гравитационном взаимодействии — единственном известном нам, которое существует между тёмной и обычной материей. Если провести на практике описанный нами эксперимент, можно будет или найти тёмную материю, или исключить из списка претендентов всё, что не подходит», — заявил в своём интервью для ScienceDaily один из членов команды Дэниел Карни (Daniel Carney), физик-теоретик из института Мэриленда.
Исследователи подсчитали, что их метод может выявить фрагменты тёмной материи с минимальной массой в половину кристаллика соли, в миллиард миллиардов большей чем масса протона. Этот промежуток интересен ещё и тем, что в него входит так называемая Планковская масса, основывающаяся на фундаментальных константах (приблизительно 1/5000 грамма).
Для эксперимента нужны крошечные механические устройства размером меньше миллиметра, работающие как сверхчувствительные гравитационные детекторы. Они будут охлаждены до температуры, близкой к абсолютному нулю, чтобы исключить постороннее воздействие. Их защитят от космического и другого излучения. Такие сверхчувствительные «маятники» будут колебаться из-за гравитационного взаимодействия с тёмной материей. Такой же принцип, но в гораздо большем масштабе, уже используется для определения гравитационных волн от столкновений чёрных дыр или нейтронных звёзд.
В другом варианте эксперимента учёные предлагают использовать крошечные сферы, подвешенные в магнитном поле или в лазерном луче. В начале эксперимента поле или лазер выключаются, и частицы тёмной материи могут влиять на свободное падение сфер, немного их смещая.
Принцип работы детектора (видео NIST)
Команда подсчитала, что им понадобится примерно миллиард таких сенсоров на один кубический метр. Обычные элементарные частицы, в конце концов, врежутся в какой-то из маятников и остановятся, а тёмная материя, которая не будет с ними взаимодействовать, пролетит насквозь, влияя на каждый сенсор на своём пути. Именно так можно будет отличить настоящую тёмную материю от привычной нам видимой материи. Одинаковое отклонение всех маятников в определённом направлении укажет на след от тёмной материи.
Учёные уже начали подготовку к эксперименту. Они прибегнут к технологиям, использующимся в производстве смартфонов, чтобы изготовить настолько крошечные детекторы. Команда считает, что версии этого эксперимента смогут использоваться и для более практических задач: например для регистрации слабых сейсмических волн или частиц видимой материи.
