Новый метод поможет обнаружить загадочную темную материю с помощью микроскопических датчиков

Новости МирТесен

Исследования, в которых задействован миллиард микроскопических маятников или свободно падающих сфер, способны совершить значительный прогресс в поиске частиц темной материи.

Согласно современным научным взглядам, обычная материя, формирующая звезды, планеты и другие известные объекты, составляет менее пяти процентов от общей массы Вселенной. Более двадцати процентов приходится на долю темной материи, однако ее состав остается неизвестным. Эти загадочные частицы не взаимодействуют с обычной материей посредством фундаментальных сил, за исключением гравитации, что делает их проявлением заметным лишь в масштабах космоса.

Обычно предпринимают попытки обнаружения частиц темной материи косвенно, в редких случаях, когда вторичные частицы возникают в результате прямого столкновения с обычными частицами, они могут быть обнаружены. Различные теории предсказывают различные характеристики частиц темной материи, что, соответственно, приводит к разным результатам столкновений. Проверка каждой из этих гипотез требует проведения отдельных экспериментов, однако ни один из них пока не дал положительных результатов.

Дэниел Карни и его коллеги из Национального института стандартов и технологий США разработали новый, более универсальный подход к поиску частиц темной материи статье, опубликованной в журнале Physical Review D, они содержат описания экспериментальных схем, предназначенных для непосредственного обнаружения этих частиц — посредством их гравитационного воздействия на обычную материю. Согласно расчетам ученых, такие исследования позволятпозволят охватить спектр масс от 1/5000 миллиграммов до нескольких миллиграммов.

Согласно первому предложенному решению, детектор должен состоять из миллиарда микроскопических маятников, равномерно распределенных в пределах одного кубического метра. Такая плотность позволит выявлять различия между колебаниями, возникающими вследствие случайных шумов и вибраций, и скоординированными отклонениями маятников, которые будут спровоцированы прохождением частицы темной материи. Предполагается, что такие частицы будут проходить сквозь детектор, что даст возможность их идентификации путем отделения от частиц обычного вещества, которые будут задерживаться внутри него. Для минимизации влияния нежелательных факторов необходимо обеспечить защиту системы от внешних воздействий и понизить ее температуру до криогенного уровня.

Альтернативный подход предполагает использование массива миниатюрных сфер, удерживаемых в вакууме с помощью магнитного поля или лазерного давления. Прекращение действия поля или лазера вызовет их одновременное и свободное падение. Если частица темной материи случайно взаимодействует с системой, это приведет к отклонению траектории соседних микросфер, что и будет зафиксировано. Ученые утверждают, что современные технологии микромеханики, в том числе используемые для производства некоторых компонентов смартфонов, позволяют осуществить подобные эксперименты на текущем уровне развития.