Учёные приближаются к разгадке тайны тёмной материи и тёмной энергии

Около 95% Вселенной состоит из тёмной материи и тёмной энергии, и лишь 5% — это привычная нам материя. Экспериментальный физик из Техасского университета A&M, доктор Рупак Махапатра, разрабатывает сверхчувствительные полупроводниковые детекторы с криогенными квантовыми сенсорами, чтобы приблизиться к разгадке этой тайны.

Детектор MINER, используемый для поиска низкоэнергетических нейтрино в реакторе Texas A&M TRIGA. Этот сапфировый детектор можно использовать как для поиска тёмной материи, так и для обнаружения реакторных нейтрино. Предоставлено: Техасский университет A&M.

Тёмная материя составляет большую часть массы галактик и скоплений, формируя крупномасштабную структуру космоса, в то время как тёмная энергия отвечает за ускоряющееся расширение Вселенной. Ни то, ни другое не излучает, не поглощает и не отражает свет, что делает их прямое наблюдение крайне сложным.

Это как пытаться описать слона, касаясь только его хвоста. Мы чувствуем что-то массивное и сложное, но постигаем лишь крошечную его часть.

Группа Махапатры участвует в ведущих мировых экспериментах по поиску тёмной материи, таких как TESSERACT и SuperCDMS. Учёные создают детекторы, способные уловить крайне редкие взаимодействия гипотетических частиц тёмной материи, известных как вимпы (WIMP, слабовзаимодействующие массивные частицы).

Задача в том, что тёмная материя взаимодействует так слабо, что нам нужны детекторы, способные увидеть события, которые могут происходить раз в год или даже раз в десятилетие.

Работа Махапатры и его коллег, недавно опубликованная в журнале Applied Physics Letters, посвящена изучению фонового шума в кремниевых детекторах, что критически важно для повышения их чувствительности. Поиск тёмной материи требует синергии различных методов — прямого и косвенного обнаружения, а также экспериментов на коллайдерах.

Если мы сможем обнаружить тёмную материю, мы откроем новую главу в физике. Этот поиск требует чрезвычайно чувствительных технологий, которые могут привести к появлению технологий, которые мы сегодня даже не можем себе представить.

Понимание природы тёмной материи и тёмной энергии способно перевернуть фундаментальные представления о законах, управляющих Вселенной.