Дело темное

Бозон, аксион и «стерильное» нейтрино
Обнаружение частиц, из которых состоит темная материя, может произойти в обозримой перспективе, считает руководитель секции ядерной физики Отделения физических наук РАН, академик Валерий Рубаков.
«У меня был момент, когда я думал, что это случится через 10 лет, и вот прошло уже 15 лет, но мы еще далеки от ответа. Предсказать трудно, но я надеюсь, что в обозримой перспективе — может быть, несколько десятков лет», — сказал академик в Новосибирске в кулуарах научной конференции.
При этом, по его словам, само по себе существование темной материи можно считать «железно» доказанным на основе наблюдений космического пространства, и необходимо проводить эксперименты, чтобы обнаруживать столкновение этих частиц с обычным веществом на Земле. «Все зависит от того, что это такое. Есть кандидаты на роль частиц темной материи, которые зарегистрировать прямо невозможно никогда. Если природа к нам благосклонна, то в обозримом будущем обнаружим, если нет, то нет», — сказал Рубаков.
По его мнению, в настоящее время на роль частицы темной материи может претендовать так называемый аксион — гипотетическая нейтральная частица-бозон, несколько меньше шансов у «стерильного» нейтрино — также не открытой в настоящее время частицы. «Аксион, пожалуй, наиболее сильный кандидат», — полагает ученый.
Что касается темной энергии, то, по словам Рубакова, в настоящее время есть некоторые указания, что речь идет о «космологической постоянной лямбда» — константе, объясняющей расширение Вселенной в уравнениях общей теории относительности Эйнштейна.
«Пока все указывает именно на это, но указания пока не очень «железные». Может быть, это что-то другое, и это интереснее — какая-то динамика, новые поля, быть может», — сказал академик.
В этом контексте, отметил Рубаков, большой интерес представляют проводимые в России эксперименты, прежде всего, по регистрации нейтрино (Байкальский эксперимент) и возможное строительство большого нейтринного телескопа в Баксанской обсерватории.
«Мне очень нравится Байкальский эксперимент, это кубический километр, и я бы хотел, чтобы он развивался и дальше, может быть, в масштабе десятков кубических километров. Это очень интересная история — космические нейтрино высоких энергий. Также очень интересен Баксанский эксперимент — строительство большого нейтринного эксперимента для нейтрино низких энергий», — сказал он.
Проектирование нейтринного телескопа на Байкале объемом около кубического километра, получившего название Baikal-GVD, началось в 2010—2011 годах. Телескоп находится в толще воды и состоит из самостоятельных структурных единиц, называемых кластерами.
Первый кластер установки наращивался постепенно, в течение пяти лет велась разработка ее основных структурных элементов, а это не только оптические детекторы, но и электроника. В результате на проектную мощность он вышел только в 2016 году. В апреле 2017 года, с учетом наработок, был развернут второй кластер, в 2018 — третий. К 2021 году должны работать уже 12 кластеров — все это входит в первый этап строительства нейтринного телескопа. Следующий этап, после 2021 года, включает в себя развертывание 27 кластеров.
Работу над проектом нейтринного телескопа ведет крупная международная коллаборация, основными участниками которой выступают Институт ядерных исследований РАН, Объединенный институт ядерных исследований (Дубна), Иркутский государственный университет, МГУ им. М. В. Ломоносова.
Согласно современным космологическим теориям, во Вселенной обычная (так называемая «барионная материя», из которой состоят наблюдаемые объекты) составляет пять процентов, 25 процентов — «темная материя», регистрируемая за счет гравитации, 70 процентов — «темная энергия».
Подробнее о том, что такое темная материя
Темная материя — особая форма вещества во Вселенной, отличная от простого фазового состояния видимого вещества: она взаимодействует гравитационно, но не взаимодействует электромагнитно. Из чего она состоит на текущий момент достоверно не известно. Но мы можем сказать, из чего она точно не состоит. Например, ее главным компонентом точно не являются все уже известные нам частицы.
Темная материя распределена по Вселенной неравномерно: в среднем ее в пять-шесть раз больше, чем барионного (видимого) вещества, но в некоторых участках ее в шестнадцать раз больше, а в других — только в два. В нашей Галактике темной материи, по последним оценкам, в два раза больше, чем видимого вещества. Но в любом случае ее больше, и видимое вещество — это лишь отражение распределения темной материи. Видимое вещество тянется за ней, то есть темная материя притягивает его. Вся крупномасштабная структура Вселенной состоит из темной материи, а видимая в нее как бы стекается. И темная материя темная именно потому, что она не излучает и не поглощает свет.
А темная энергия?
Темная энергия еще более загадочна. Мы не можем обнаружить ее, мы не можем измерить ее, мы не можем почувствовать ее, но мы видим и наблюдаем ее последствия очень четко.
В 1929 году Эдвин Хаббл (человек, в честь которого был назван телескоп Хаббл) исследовал, что длина волны света, испускаемого далекими галактиками, смещается к красному концу электромагнитного спектра, когда волны света путешествуют через пространство. Он обнаружил, что более отдаленные галактики показывают большее смещение, чем более близкие.
Хаббл решил, что это потому, что Вселенная расширяется. Красное смещение произошло потому, что длина волны света растягивается по мере расширения Вселенной. Кроме того, ранее считалось, что расширение Вселенной замедляется, и в какой-то момент в будущем она может перестать расширяться и начнет сокращаться. Но последние открытия показали, что расширение Вселенной ускоряется.
Приближаясь к ускоряющемуся расширению Вселенной, ученые полагают, что это из-за какой-то отталкивающей силы. Эту силу они называют темной энергией. Таким образом, темная энергия — это своего рода энергия, присущая пустому пространству. Энергия, которая сильнее всего, что мы знаем, и которая продолжает становиться сильнее с течением времени. Пустое пространство имеет больше энергии, чем все остальное во Вселенной вместе взятое.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.