Зараз учені вважають, що темної матерії у Всесвіті набагато більше за звичну нам видиму матерію. Більшу за неї долю займає лише інша таємнича сутність — темна енергія. Та якщо таємниця темної енергії ще чекає на розкриття, вчені вже впритул підійшли до розуміння того, чим є темна матерія.

Наразі дослідники зійшлися на тому, що все, що ми бачимо у Всесвіті оточене океаном темної матерії — частками, які не реагують на жодне відоме нам випромінювання і тому невидимі. Проте вони мають масу, а значить — чинять гравітаційний вплив. Гравітація темної матерії тримає галактики вкупі та утворює галактичні нитки, уздовж яких розташована уся матерія видимого Всесвіту.

Знаючи, що гравітація наразі є єдиним способом спостереження за темною матерією, команда вчених зі США запропонувала метод прямого гравітаційного виявлення цих частинок через їхню гравітаційну взаємодію з видимою матерією. Дослідники «полюють» на фрагменти темної матерії, що мають масу кристалика солі (зазвичай, у таких дослідженнях науковці оперують масою елементарних частинок або навпаки, галактичними масштабами). Замість того, щоби намагатися впіймати надзвичайно легкі та невидимі частинки, вчені зосередилися на більш реальній задачі.

«Наша ідея ґрунтується на гравітаційній взаємодії — єдиній відомій нам, що існує між темною та звичайною матерією. Якщо провести на практиці експеримент, який ми описали, то можна буде або знайти темну матерію, або виключити зі списку претендентів все, що не підходить», — зазначив у своєму інтерв’ю для ScienceDaily один із членів команди Деніел Карні (Daniel Carney), фізик-теоретик з інституту Меріленду.

Дослідники підрахували, що їхній метод може виявити фрагменти темної матерії з мінімальною масою в половину кристалика солі, або у мільярд мільярдів разів більшою за масу протону. Цей проміжок є цікавим ще й тим, що в нього входить так звана Планківська маса, яка ґрунтується на фундаментальних константах (приблизно 1/5000 грама).

Для експерименту потрібні крихітні механічні пристрої, менші за міліметр, що діятимуть як надчутливі гравітаційні детектори. Вони будуть охолоджені до температури, близької до абсолютного нуля, щоби виключити сторонній вплив. Їх захистять від космічного та іншого випромінювання. Такі надчутливі «маятники» коливатимуться через гравітаційну взаємодію з темною матерією. Такий самий принцип, але у значно більшому масштабі, вже використовується для визначення гравітаційних хвиль від зіткнення чорних дір або нейтронних зір.

В іншому варіанті експерименту вчені пропонують використати крихітні сфери, підвішені у магнітному полі або у лазерному промені. На початку експерименту поле або лазер вимикаються, і часточки темної матерії зможуть вплинути на вільне падіння сфер, трохи зміщуючи їх.

Принцип роботи детектора (відео NIST)

Команда вирахувала, що їм знадобиться приблизно мільярд таких сенсорів на один кубічний метр. Звичайні елементарні частинки, зрештою, вріжуться в якийсь із маятників та зупиняться, а темна матерія, що не взаємодіятиме з ними, пролетить наскрізь, впливаючи на кожен сенсор на своєму шляху. Саме так можна буде відрізнити справжню темну матерію від звичної нам видимої матерії. Однакове відхилення усіх маятників в певному напрямі покаже на слід від темної матерії.

Учені вже почали підготовку до експерименту. Вони залучать технології, що застосовуються для створення смартфонів, щоби виготовити настільки крихітні детектори. Команда вважає, що версії цього експерименту зможуть використовуватися і для практичних задач: наприклад, реєструвати слабкі сейсмічні хвилі або відстежувати частки видимої матерії.