В поисках темной материи: проект CREDO на пути к величайшей тайне космоса
Анатолий Шуклецов - 06.02.22 Из чего состоит большая часть вещества во Вселенной? Этот, казалось бы, простой вопрос представляет собой одну из величайших загадок современной астрофизики: ведь более 95% состава космоса до сих пор неизвестно — он образован скрытой энергией и скрытой материей
Современная космология опирается в первую очередь на математические модели и пытается подтвердить или опровергнуть их с помощью постепенно совершенствующихся наблюдательных технологий. Со скрытой материей дело обстоит тем более сложно, что определить ее состав совсем непросто даже из предположений, основанных на эволюции частиц в начале Вселенной.
Фото: https://root-nation.com/
Если придерживаться теории сверхмассивных частиц, образовавшихся в раннем космосе, астрономы думают о трех типах скрытой материи — горячей, теплой и холодной — в зависимости от скорости, с которой движутся искомые частицы. В первом случае их движение рассчитывается со скоростью, близкой к скорости света, так называемым ультрарелятивистским методом; с другой стороны, холодное скрытое вещество имеет относительно низкую скорость.
Кандидаты на строительные блоки скрытой материи также включают неоткрытые материальные частицы, в совокупности называемые WIMP (Weak Interacting Massive Particles), которые включают, например, стабильную нейтральность или аксионы. Недавнее исследование датских физиков Мартина Слота и Маккаллена Сандоры даже вводит новый тип, гораздо более массивные планковские взаимодействующие частицы темной материи (PIDM), которые могут достигать одной трети веса человеческой клетки и плотности миниатюрной черной дыры!
Раз в сто лет
В любом случае, все рассматриваемые твердые частицы трудно обнаружить, и единственный шанс подтвердить их существование — уловить конкретное излучение, которое можно обнаружить на коллекторе космических лучей, когда частица взаимодействует при прохождении через атмосферу. Сверхмассивная частица при распаде в земном воздухе создает ливень высокоэнергетических частиц, в том числе фотонов, электронов, мюонов, нейтрино и других.
Но чтобы у такого детектора был статистический шанс поймать ту или иную частицу, он должен иметь действительно большую площадь. Исследователи подсчитали, что высокоэнергетическая частица будет падать на квадратный километр примерно раз в столетие. Так как же увеличить свои шансы поймать ее? Ответ таков: вовлеките всех на планете в устройство обнаружения, которое, к счастью, не должно быть сложным — просто умный мобильный телефон, которым сейчас владеет большая часть населения. Практически каждый может принять участие в своеобразном «гражданском научном патруле».
Подключиться к телефону
Международный проект CREDO, запущенный учеными из Института ядерной физики в Кракове и Института физики в Опаве, наконец смог разобраться с загадочным веществом. И вот наступает ваш момент: вы можете принять участие. Если у вас есть смартфон с камерой, то у вас уже есть аппаратное обеспечение, необходимое для обнаружения частиц. Просто скачайте приложение CREDO Detector и начните идентифицировать конкретные частицы в обычном излучении вокруг вас. Приложение использует камеру телефона для поиска ярких пикселей, вызванных воздействием высокоэнергетичной частицы на ПЗС-детектор в камере. На серверы CREDO отправляется «миниатюра» обнаружения вместе с временем и датой, когда телефон был задействован в проекте. Оглядываясь назад, вы можете отслеживать, не была ли определенная частица из космоса захвачена вашим устройством.
Фото: https://www.eurekalert.org/
Даже если вожделенный летучий «фотон» исходной сверхмассивной частицы не удастся обнаружить и загрузить физикам, склоняющимся к теории МОНД, проект не будет запущен без надобности. Помимо этих теорий, у него есть амбиции пойти гораздо дальше, с потенциалом для проверки различных гипотез в физике элементарных частиц, общей теории относительности, космологии и многочисленных междисциплинарных дисциплинах. Все остальные необычные частицы, снятые из космоса на мобильную камеру, могут помочь найти ответы на другие космологические вопросы, поэтому результатом исследований всегда будет что-то новое и ценное.
Поддельная подсказка
Израильский физик Мордехай Милгром впервые выдвинул теорию MOND в 1983 году и относительно недавно привлек большое внимание во время противоречивых наблюдений карликовой галактики NGC1052-DF2. Согласно MOND, звездный остров должен был «работать без скрытой материи» — ученые не наблюдали никаких гравитационных воздействий, кроме тех, которые вызываются видимой материей в галактике. В конце концов, однако, оказалось, что первоначальное измерение ее расстояния было неправильным и на самом деле лежит ближе. Следовательно, чтобы определенная масса NGC1052-DF2 совпадала, она должна содержать скрытое вещество.
Комментарии