Получены данные о регистрации долгожданных частиц темной материи — впрочем, даже сами авторы находки признаются, что результаты недостаточно достоверны.

CDMS: детекторы для поиска темной материи расположены на глубине более 700 м, в выработанных штольнях железной шахты штата Миннесота
Хотя обнаружить темную материю непосредственно не удается, ее существование вполне надежно подтверждается рядом косвенных данных. На снимке представлено скопление галактик Пуля: рентгеновское излучение расположенного за ней объекта (показано красным) искажается влиянием скрытой массы, которая и считается темной материей. Ее расчетное распределение показано синим

Собранные за многие годы астрономических наблюдений данные показали, что масса крупных космических объектов, определяемая по параметрам их движения и гравитационным эффектам, и масса, вычисляемая исходя из светимости, не совпадает. Масса объектов оказывается куда больше, чем это «видится» нам.

Анализируя эти и подобные им несоответствия, теоретики в итоге пришли к необходимости ввести в научную картину мироздания совершенно новую, темную материю, которая, по расчетам, должна составлять около 23% массы всей Вселенной. Считается, что она не может наблюдаться никаким образом, кроме как по притяжению, которое она оказывает на обычную материю.

Частицы темной материи (если она и вправду существует и если состоит из частиц) не вступают (или почти не вступают) ни в какое из четырех фундаментальных взаимодействий, кроме гравитационного. Ряд расчетов показал и возможные свойства этих частиц, получивших название вимпов (имеются и альтернативные точки зрения, но вимпы — наиболее общепринятая версия строения темной материи). Вообще теория вполне освоилась с концепцией темной материи, но вот с экспериментами имеются серьезные сложности. Несмотря на массу косвенных свидетельств в пользу ее существования, зарегистрировать темную материю никак не удается.

Именно слабость взаимодействия вимпов с обычной материей не позволяет так просто их заметить. Ведь они могут наблюдаться лишь по влиянию на обычную материю, а с ней они вступают лишь в гравитационное взаимодействие — самое слабое из четырех фундаментальных. Но некоторые эксперименты, в принципе, должны позволить зарегистрировать и эти неуловимые частицы. Например, так.

Представьте, что тяжелый вимп случайно все-таки столкнулся с ядром какого-нибудь атома — это, теоретически, должно происходить нечасто, но должно. Изменение энергетического состояния атома можно зарегистрировать, и по параметрам этого изменения сказать, что это был именно вимп.

Нужно лишь поместить такой детектор в условия, где он будет как можно надежнее экранирован от прочих воздействий, куда более сильных. И тут мы приходим к заброшенной шахте, в глубине которой работает проект CDMS II — это 30 германиевых и кремниевых детекторов, каждый примерно с хоккейную шайбу, охлажденных почти до абсолютного нуля. По расчетам, если космические лучи и прочие частицы обычной материи будут экранироваться толщей скалы, вимпы смогут проникать сквозь нее легко. Соударяясь с атомами детекторов, они будут вызывать искажения (и нагрев) в их кристаллической решетке: этот момент и регистрируется чувствительнейшими датчиками.

Надо учесть и то, что темная материя пронизывает всю нашу галактику, но распределение ее неравномерно, она образует своего рода «темное гало». Соответственно, при годовом (и суточном) движении детектора вместе с Землей, пока мы проходим сквозь более или менее плотные скопления темной материи, частота столкновений должна меняться периодически. Это позволит отделить сигнал, созданный темной материей, от фонового. Если эксперимент действительно зарегистрирует периодические вариации сигнала детекторов, которые совпадут с предсказанными теорией — это будет момент истины, Нобелевская премия и счастье.

К сожалению, все далеко не так просто. «Одна-две регистрации — этого недостаточно. Цифры чересчур малы», — поясняет один из авторов недавнего сообщения профессор Тэрек Сааб (Tarek Saab). Его группа — лишь одна из вовлеченных в работу проекта CDMS II.

Проект работает уже 9 лет, и расположен он в уникальной лаборатории, на глубине в сотни метров, в заброшенной горной шахте Сьюдан в штате Миннесота. Об еще одной такой научной площадке мы писали в заметке «Глубокие исследования» — и задачей обеих является поиск и регистрация вимпов.

Сегодня в мире этими поисками активно заняты, по крайней мере, пара десятков исследовательских групп. Напомним, что это — далеко не первое сообщение о регистрации частиц темной материи. О наблюдении вимпов сообщали и другие группы, занятые в проекте CDMS («Темная история»), и конкурирующая группа из Италии («Проблемы эксперимента»). И неоднозначность полученных на днях данных означает, что охота еще не закончена.

По пресс-релизу University of Florida