Несмотря на то что темная материя занимает значительную роль в астрофизической картине мира, доказательств ее существования практически не обнаружено. Ее наличие во Вселенной было предсказано косвенно и оценивается по гравитационным взаимодействиям внутри галактик и иных звездных скоплений. Однако недавно группа европейских ученых объявила, что им удалось зарегистрировать частицы темной материи экспериментально в подземной лаборатории DAMA в горах Гран-Сассо в Италии. Если их утверждения окажутся верными, то физика получит новый толчок своего развития и ученые смогут заглянуть за грань современного понимания Вселенной.
Темная материя была открыта в 1936 году швейцарским астрофизиком Фрицем Цвикки. При наблюдении некоторых галактик он попытался математическим образом описать движение звезд и газов внутри них. Однако после сопоставления скоростей галактик с их массой оказалось, что количество видимого вещества в них оказалось недостаточно, чтобы поддерживать это движение. Другими словами, галактики должны были вести себя совсем по-другому. После ряда вычислений ученые пришли к выводу, что внутри галактик скрыто иное «темное вещество». Причем количество этой материи очень велико. Позднее было сделано предположение, что обычное видимое вещество занимает лишь 4,4% от всего состава Вселенной. Значительная часть приходится на горячую и холодную темную материю (23%). Все остальное — это некая субстанция, названная учеными «темной энергией» (более 72%).
«Точно описать, что это такое, сейчас вряд ли решится кто-либо из ученых, — рассказывает РБК daily научный сотрудник Института космических исследований РАН, доктор физико-математических наук Леонид Ксанфомалити. — Кое-что еще можно представить о материи, но вот что касается темной энергии, то здесь у многих наступает полный коллапс мышления».
Вся трудность состоит в том, что темная материя практически никак себя не проявляет. Она не реагирует на электромагнитные волны и регистрируется только по гравитационным взаимодействиям. Однако астрофизики теоретически предположили, что это вещество может состоять из тяжелых частиц WIMPов. Из-за того что Солнечная система двигается через скопления темной материи, на Земле должен проливаться целый дождь этих частиц. Подсчитано, что максимум потока темной материи через Землю приходится на 2 июня. И несмотря на то что большинство этих частиц пробивают планету насквозь, специалисты ищут возможности зарегистрировать этот поток. Одними из первых стали итальянцы. В 100 км от Рима глубоко в толще горы Гран-Сассо Национальным институтом ядерной физики была построена подземная лаборатория. Толща скальных пород экранирует сверхчувствительные датчики от посторонних излучений с Земли и из космоса. Но вот WIMPы и нейтрино проходят через горы и могут попадать в расставленные ловушки. Проект по их обнаружению DAMA (DArk MAtter) был запущен почти 10 лет назад, а в 2003 году лаборатория прошла через существенную модернизацию и получила название DAMA/LIBRA.
«В качестве детекторов были применены хитроумные устройства, содержащие йодид натрия (NaI) с добавлением таллия (Tl), — рассказывает руководитель группы исследователей Рита Барнабей из Римского университета. — WIMP при столкновении с ядрами вещества должен порождать вспышку света. Такие подмигивания и регистрируют фотопластинки».
На протяжении последних четырех лет датчики монотонно фиксировали появление инородных частиц в ловушках. Специалисты составили графики, по которым хорошо видны синусоидальные сезонные колебания вспышек. При этом пик их приходится как раз на 2 июня. На основании полученных результатов ученые сделали вывод, что виновны во всем этом именно частицы темной материи WIMPы. Между тем физики из других научных учреждений мира пока не склонны разделять оптимизм итальянцев.
«Для подтверждения этих результатов необходимо получить аналогичные данные и из иных лабораторий мира, — рассказывает РБК daily научный сотрудник отдела теоретической астрофизики Астрокосмического центра Физического института им. П.Н. Лебедева, доктор физико-математических наук Ростислав Полищук. — Пока о таких наблюдениях ничего не известно. Однако в Швейцарии в Европейском центре ядерных исследований заканчивается сооружение Большого адронного коллайдера, эксперименты на котором могут подтвердить или опровергнуть выкладки итальянских исследователей».
Есть предположение, что при столкновении частиц на сверхвысоких скоростях и при высоких энергиях может происходить образование частиц темной материи. В ускорителе, вращаясь навстречу друг другу, одновременно будут носиться два пучка протонов. Сталкиваясь между собой, они порождают россыпи иных частиц, которые, в свою очередь взаимодействуя, могут превращаться в «темные» WIMPы.
«Экспериментальное обнаружение этих частиц будет иметь невероятное значение для науки, — отмечает Ростислав Полищук. — Оно откроет дверь в новую физику, за которой предстанут иные теоретические модели мира. Помимо этого, мы получим ключ к загадкам развития ранней Вселенной».
