Буквально на днях состоялось официальное открытие первого детектора частиц темной материи, расположенного в Южном полушарии нашей планеты. Физическая лаборатория SUPL (Stawell Underground Physics Laboratory) расположена в глубине бывшего золотого рудника в Австралии, и ее уникальное географическое положение, как надеются ученые, позволит поймать сигналы от таинственной темной материи, заполняющей пространство Вселенной.
Десятилетия астрономических наблюдений указывают на то, что в космосе существует гораздо большее количество материи, чем кажется на первый взгляд. Некоторые гравитационные эффекты проявляются сильнее, чем они должны были иметь исходя из массы видимой материи. Для объяснения этого парадокса был введен термин темной материи, которая не взаимодействует со светом и обычной материей, но воздействуют на окружающий мир лишь своей массой и связанными с этим силами гравитации.
Ученые допускают, что в крайне редких случаях частица темной материи может столкнуться с атомом обычного вещества, что произведет сигнал, поддающийся обнаружению. Естественно, что такие сигналы буквально потонут в сигналах от других физических взаимодействий, постоянно происходящих в окружающем нас мире. Но если сделать все возможное для изоляции от посторонних факторов, то теоретически из всего хаоса можно будет выделить сигналы от темной материи.
Все вышесказанное в полной мере имеет отношение к эксперименту SUPL, который расположен на глубине 1 километра для изоляции датчика от космических лучей и электромагнитного излучения. Дополнительную защиту датчику обеспечивают ограждения из стали и полимерных материалов, суммарным весом в 100 тонн. Также в эксперименте используется система с жидким веществом-сцинтиллятором, которая предназначена для выявления и удаления ложных срабатываний.
Сам датчик представляет собой бак, заполненный 50 килограммами сверхчистых кристаллов йодида натрия, которые произведут вспышки света при взаимодействии с посторонними частицами. А чрезвычайно чувствительные фотодатчики постоянно "смотрят" вовнутрь бака, регистрируя даже единственные фотоны. Конечно, вспышки света могут быть вызваны другими частицами, к примеру, традиционными нейтрино, но в таком случае в жидком сцинтилляторе будут зарегистрированы подобные явления. И лишь вспышки, порожденные только в кристаллах йодида натрия, могут быть сигналами от темной материи.
В принципе, эксперимент SUPL во многом подобен экспериментам XENON1T и LUX, в который объем детектора заполнен жидким ксеноном или сверхтекучим гелием. Но главным преимуществом SUPL является его географическое расположение, ведь все остальные датчики темной материи были построены исключительно в северном полушарии. Поэтому наличие датчика в южном полушарии позволит подтвердить или исключить некоторые интригующие сигналы, полученные во время предыдущих экспериментов.
К примеру, датчик в лаборатории Gran Sasso Laboratory в Италии показал, что события, связанные с кандидатами частиц темной материи, достигают пика в июне каждого года. Ученые объясняют это тем, что планета в данный момент проходит сквозь ветер частиц темной материи, обусловленный движением Солнечной системы в рамках галактики. Другие ученые высказывают более пессимистичные предположения, объясняя все это сезонными колебаниями различных факторов, к примеру, влажности воздуха.
Эксперимент SUPL, находящийся в другом полушарии, имеет обратный сезонный цикл. И если он вдруг также обнаружит пик сигналов темной материи в июне, это станет убедительным доказательством теории ветра темной материи. Но если вдруг пик сигналов придется на декабрь, то подтверждение получит уже теория о влиянии смены сезонов.