რეზინის სამაჯურები

31 ოქტომბერი ბნელი მატერიის დღეა. მხოლოდ კომპლექსის შესახებ: რა არის ბნელი მატერია და სად უნდა ვეძებოთ იგი. როგორ ეძებენ მეცნიერები ბნელ მატერიას

ფიზიკაში თეორიული კონსტრუქცია, სახელწოდებით სტანდარტული მოდელი, აღწერს მეცნიერებისთვის ცნობილი ყველა ელემენტარული ნაწილაკების ურთიერთქმედებას. მაგრამ ეს არის სამყაროში არსებული ნივთიერების მხოლოდ 5%, ხოლო დანარჩენი 95% სრულიად უცნობი ხასიათისაა. რა არის ეს ჰიპოთეტური ბნელი მატერია და როგორ ცდილობენ მეცნიერები მის აღმოჩენას? ამის შესახებ სპეციალური პროექტის ფარგლებში მოსკოვის ფიზიკა-ტექნიკური ინსტიტუტის სტუდენტი, ფიზიკისა და ასტროფიზიკის კათედრის თანამშრომელი ჰაიკ ჰაკობიანი საუბრობს.

ელემენტარული ნაწილაკების სტანდარტული მოდელი, რომელიც საბოლოოდ დადასტურდა ჰიგსის ბოზონის აღმოჩენის შემდეგ, აღწერს ჩვენთვის ცნობილი ჩვეულებრივი ნაწილაკების ფუნდამენტურ ურთიერთქმედებებს (ელექტრო სუსტი და ძლიერი): ლეპტონები, კვარკები და ურთიერთქმედების მატარებლები (ბოზონები და გლუონები). თუმცა, ირკვევა, რომ მთელი ეს უზარმაზარი რთული თეორია აღწერს მატერიის მხოლოდ 5-6%-ს, ხოლო დანარჩენი არ ჯდება ამ მოდელში. ჩვენი სამყაროს სიცოცხლის ადრეული მომენტებიდან დაკვირვებები გვიჩვენებს, რომ მატერიის დაახლოებით 95%, რომელიც ჩვენს გარშემოა, სრულიად უცნობი ხასიათისაა. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ირიბად ვხედავთ ამ ფარული მატერიის არსებობას მისი გრავიტაციული გავლენის გამო, მაგრამ ჯერჯერობით მისი უშუალო დაჭერა ვერ მოხერხდა. ფარული მასის ამ ფენომენს ეწოდა კოდური სახელი "ბნელი მატერია".

თანამედროვე მეცნიერება, განსაკუთრებით კოსმოლოგია, მუშაობს შერლოკ ჰოლმსის დედუქციური მეთოდის მიხედვით

ახლა მთავარი კანდიდატი WISP ჯგუფიდან არის აქსიონი, რომელიც წარმოიქმნება ძლიერი ურთიერთქმედების თეორიაში და აქვს ძალიან მცირე მასა. ასეთ ნაწილაკს შეუძლია გარდაიქმნას ფოტონ-ფოტონურ წყვილად მაღალ მაგნიტურ ველებში, რაც გვაძლევს მინიშნებებს იმის შესახებ, თუ როგორ შეიძლება მისი აღმოჩენა. ADMX ექსპერიმენტი იყენებს დიდ კამერებს, რომლებიც ქმნიან 80000 გაუსის მაგნიტურ ველს (ეს 100000-ჯერ მეტია დედამიწის მაგნიტურ ველზე). თეორიულად, ასეთმა ველმა უნდა გაააქტიუროს აქსიონის დაშლა ფოტონ-ფოტონურ წყვილად, რომელიც დეტექტორებმა უნდა დაიჭირონ. მიუხედავად მრავალი მცდელობისა, WIMP-ები, აქსიონები ან სტერილური ნეიტრინოები ჯერ არ არის აღმოჩენილი.

ამრიგად, ჩვენ ვიმოგზაურეთ უამრავ სხვადასხვა ჰიპოთეზაში, რომლებიც ცდილობდნენ აეხსნათ ბნელი მასის უცნაური არსებობა და, რაც უარვყავით ყველაფერი შეუძლებელი დაკვირვების დახმარებით, მივედით რამდენიმე შესაძლო ჰიპოთეზამდე, რომლებთანაც უკვე შეიძლება მუშაობა.

მეცნიერებაში უარყოფითი შედეგიც შედეგია, რადგან ის ზღუდავს ნაწილაკების სხვადასხვა პარამეტრს, მაგალითად, გამორიცხავს შესაძლო მასების დიაპაზონს. წლიდან წლამდე სულ უფრო მეტი ახალი დაკვირვებები და ექსპერიმენტები ამაჩქარებლებში იძლევა ახალ, უფრო მკაცრ შეზღუდვებს ბნელი მატერიის ნაწილაკების მასაზე და სხვა პარამეტრებზე. ამრიგად, ყველა შეუძლებელი ვარიანტის გამოდევნით და ძიების წრის ვიწროვებით, დღითი დღე ვუახლოვდებით იმის გაგებას, თუ რისგან შედგება ჩვენი სამყაროს მატერიის 95%.

მოსკოვი, 31 ოქტომბერი - რია ნოვოსტი, ოლგა კოლენცოვა.მეცნიერთა გამოთვლებმა აჩვენა, რომ სამყარო 95% შედგება მატერიისგან, რომელიც ჯერ კიდევ არ არის გამოკვლეული ადამიანების მიერ: 70% ბნელი ენერგიაა, ხოლო 25% ბნელი მატერიაა. ვარაუდობენ, რომ პირველი არის ერთგვარი ველი არანულოვანი ენერგიით, მაგრამ მეორე შედგება ნაწილაკებისგან, რომელთა აღმოჩენა და შესწავლა შესაძლებელია. მაგრამ ტყუილად არ არის ამ ნივთიერებას ფარული მასა ჰქვია - მისი ძებნა საკმაოდ დიდ ხანს გრძელდება და ფიზიკოსებს შორის ცხარე დისკუსიები ახლავს. იმისათვის, რომ თავიანთი კვლევები საზოგადოებისთვის მიეწოდებინათ, CERN-მა დაიწყო ბნელი მატერიის დღეც კი, რომელიც პირველად აღინიშნება დღეს, 31 ოქტომბერს.

ბნელი მატერიის არსებობის მომხრეები საკმაოდ წონიან არგუმენტებს აძლევენ, რაც დადასტურებულია ექსპერიმენტული ფაქტებით. მისი აღიარება დაიწყო 1930-იან წლებში, როდესაც შვეიცარიელმა ასტრონომმა ფრიც ცვიკიმ გაზომა სიჩქარე, რომლითაც კომა გროვის გალაქტიკები მოძრაობენ საერთო ცენტრის გარშემო. მოგეხსენებათ, მოძრაობის სიჩქარე დამოკიდებულია მასაზე. მეცნიერის გამოთვლებმა აჩვენა, რომ გალაქტიკების ნამდვილი მასა გაცილებით დიდი უნდა იყოს ვიდრე ტელესკოპით დაკვირვების პროცესში დადგინდა. აღმოჩნდა, რომ გალაქტიკების საკმაოდ დიდი ნაწილი ჩვენთვის უბრალოდ არ ჩანს. მაშასადამე, იგი შედგება მატერიისგან, რომელიც არ ირეკლავს და არ შთანთქავს სინათლეს.

ფარული მასის არსებობის მეორე დადასტურება არის სინათლის ცვლილება გალაქტიკებში გავლისას. ფაქტია, რომ მასის მქონე ნებისმიერი ობიექტი ამახინჯებს სინათლის სხივების სწორხაზოვან კურსს. ამრიგად, ბნელი მატერია საკუთარ ცვლილებებს შეიტანს სინათლის სურათში (შორეული ობიექტის გამოსახულება) და ის განსხვავდება სურათისგან, რომელსაც მხოლოდ ხილული მატერია შექმნიდა. ბნელი მატერიის არსებობის ათი მტკიცებულება არსებობს, მაგრამ აღწერილი ორი არის მთავარი.

მიუხედავად იმისა, რომ ბნელი მატერიის არსებობის მტკიცებულებები საკმაოდ დამაჯერებელია, ჯერჯერობით ვერავინ იპოვა და არ შეისწავლა მისი შემადგენელი ნაწილაკები. ფიზიკოსები ვარაუდობენ, რომ ასეთი საიდუმლოება ორი მიზეზით არის განპირობებული. პირველი ის არის, რომ ამ ნაწილაკებს აქვთ ძალიან მაღალი მასა (ენერგეტიკასთან დაკავშირებული E=mc² ფორმულით), ამიტომ თანამედროვე ამაჩქარებლების შესაძლებლობები უბრალოდ არ არის საკმარისი ასეთი ნაწილაკების „შექმნისთვის“. მეორე მიზეზი ბნელი მატერიის გაჩენის ძალიან დაბალი ალბათობაა. შესაძლოა, ჩვენ ვერ ვიპოვოთ ის ზუსტად იმიტომ, რომ ის უკიდურესად სუსტად ურთიერთქმედებს ადამიანის სხეულთან და ჩვენთვის ცნობილ ნაწილაკებთან. მიუხედავად იმისა, რომ ბნელი მატერია ყველგან არის (გამოთვლების მიხედვით) და მისი ნაწილაკები ფაქტიურად ყოველ წამს ჩქარობენ ჩვენში, ჩვენ ამას უბრალოდ არ ვგრძნობთ.

რუსი ფიზიკოსები ამბობენ, რომ სამყაროს ბნელი მატერია „წონაში იკლებს“.ბნელი მატერიის რაოდენობა სამყაროში შემცირდა დაახლოებით 2-5%-ით, რამაც შეიძლება აიხსნას ზოგიერთი მნიშვნელოვანი კოსმოლოგიური პარამეტრის მნიშვნელობაში არსებული შეუსაბამობები დიდი აფეთქების დროს და დღეს.

ბნელი მატერიის ნაწილაკების აღმოსაჩენად, მეცნიერები იყენებენ დეტექტორებს, რომლებიც განლაგებულია მიწისქვეშ, რათა მინიმუმამდე დაიყვანონ არასაჭირო ზემოქმედება. ვარაუდობენ, რომ ზოგჯერ ბნელი მატერიის ნაწილაკები კვლავ ეჯახება ატომის ბირთვებს, გადასცემს მათ იმპულსის ნაწილს, არღვევს ელექტრონებს და იწვევს სინათლის ციმციმებს. ასეთი შეჯახების სიხშირე დამოკიდებულია ბნელი მატერიის ნაწილაკების ბირთვთან ურთიერთქმედების ალბათობაზე, მათ კონცენტრაციაზე და ფარდობით სიჩქარეზე (მზის გარშემო დედამიწის მოძრაობის გათვალისწინებით). მაგრამ ექსპერიმენტული ჯგუფები, თუნდაც გარკვეული ზემოქმედების გამოვლენისას, უარყოფენ, რომ დეტექტორის ეს რეაქცია გამოწვეული იყო ბნელი მატერიით. და მხოლოდ იტალიური ექსპერიმენტული ჯგუფი DAMA, რომელიც მუშაობს გრან სასოს მიწისქვეშა ლაბორატორიაში, იუწყება სიგნალების დათვლის სიჩქარის დაკვირვებულ წლიურ ვარიაციებს, რომლებიც სავარაუდოდ დაკავშირებულია დედამიწის მოძრაობასთან გალაქტიკურ ფარულ მასაში.

ამ ექსპერიმენტში დეტექტორის შიგნით სინათლის ციმციმების რაოდენობა და ენერგია იზომება რამდენიმე წლის განმავლობაში. მკვლევარებმა დაამტკიცეს სუსტი (დაახლოებით 2%) წლიური რყევების არსებობა ასეთი მოვლენების დათვლის მაჩვენებელში.

მიუხედავად იმისა, რომ იტალიური ჯგუფი თავდაჯერებულად იცავს ექსპერიმენტების სანდოობას, მეცნიერთა მოსაზრებები ამ საკითხთან დაკავშირებით საკმაოდ ორაზროვანია. იტალიური ჯგუფის მიერ მიღებული შედეგების მთავარი სუსტი წერტილი მათი არარეპროდუცირებაა. მაგალითად, როდესაც გრავიტაციული ტალღები აღმოაჩინეს, ისინი აღმოაჩინეს ლაბორატორიებმა მთელს მსოფლიოში, რითაც დაადასტურა სხვა ჯგუფების მიერ მიღებული მონაცემები. DAMA-ს შემთხვევაში სხვა სიტუაციაა - მსოფლიოში ვერავინ დაიკვეხნის იგივე შედეგებით! რა თქმა უნდა, არსებობს შესაძლებლობა, რომ ამ ჯგუფს ჰქონდეს უფრო ძლიერი დეტექტორები ან საკუთარი მეთოდები, მაგრამ ექსპერიმენტის ეს უნიკალურობა ზოგიერთ მკვლევარს ეჭვის ქვეშ აყენებს მის სანდოობაში.

„ჯერჯერობით შეუძლებელია იმის თქმა, თუ რას ეხება გრან სასოს ლაბორატორიაში შეგროვებული მონაცემები. ყოველ შემთხვევაში, იტალიის ჯგუფმა დადებითი შედეგი მოგვცა და არა იმის უარყოფა, რაც უკვე სენსაციაა. ახლა სიგნალები აღმოაჩინეს. ეს არის დიდი სტიმული სხვადასხვა თეორიების შემუშავებისთვის, მათ შორის ბნელი მატერიის მოდელის შესაქმნელად.მაგრამ მაშინაც კი, თუ მეცნიერი ცდილობს ახსნას, რატომ არ არის დაკავშირებული მიღებული მონაცემები ბნელი მატერია, ეს მაინც შეიძლება იყოს ახალი ნაბიჯი ბუნების გაგებაში. ნებისმიერ შემთხვევაში, შედეგი არის და ჩვენ უნდა გავაგრძელოთ მუშაობა, მაგრამ მე პირადად ბოლომდე ვერ დაგეთანხმები, რომ ბნელი მატერია ნაპოვნია ამ მომენტში“, - წერს კონსტანტინე ბელოცკი. ნაციონალური კვლევითი ბირთვული უნივერსიტეტის MEPhI ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკის დეპარტამენტის წამყვანი მკვლევარი.

ბნელი მატერია არ ასხივებს და არ შთანთქავს სინათლეს, პრაქტიკულად არ ურთიერთქმედებს "ჩვეულებრივ" მატერიასთან, მეცნიერებმა ჯერ ვერ შეძლეს ერთი "ბნელი" ნაწილაკის დაჭერა. მაგრამ ამის გარეშე ჩვენთვის ნაცნობი სამყარო და ჩვენ თვითონ ვერ ვიარსებებდით. ბნელი მატერიის დღეს, რომელიც აღინიშნება 31 ოქტომბერს (ფიზიკოსებმა გადაწყვიტეს, რომ სწორედ შესაფერისი დროა ბნელი და მიუწვდომელი ნივთიერების პატივსაცემად დღესასწაულის აღსანიშნავად) N+1ჰკითხა ლებედევის ფიზიკური ინსტიტუტის ასტროკოსმოსური ცენტრის თეორიული ასტროფიზიკის განყოფილების ხელმძღვანელს ანდრეი დოროშკევიჩს, თუ რა არის ბნელი მატერია და რატომ არის იგი ასე მნიშვნელოვანი.

N+1: რამდენად დარწმუნებულნი არიან დღეს მეცნიერები, რომ ბნელი მატერია ნამდვილად არსებობს?

ანდრეი დოროშკევიჩი:მთავარი მტკიცებულებაა დაკვირვებები კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების რყევებზე, ანუ შედეგები, რომლებიც WMAP-მა და "" კოსმოსურმა ხომალდმა მიიღო ბოლო 15 წლის განმავლობაში.

მათ მაღალი სიზუსტით გაზომეს კოსმოსური მიკროტალღური ფონის, ანუ კოსმოსური მიკროტალღური ფონის ტემპერატურის დარღვევა. ეს დარღვევები შენარჩუნებულია რეკომბინაციის ეპოქიდან, როდესაც იონიზებული წყალბადი გადაიქცა ნეიტრალურ ატომებად.

ამ გაზომვებმა აჩვენა რყევების არსებობა, ძალიან მცირე, დაახლოებით კელვინის ათიათასედი. მაგრამ როდესაც მათ დაიწყეს ამ მონაცემების შედარება თეორიულ მოდელებთან, მათ აღმოაჩინეს მნიშვნელოვანი განსხვავებები, რომლებიც არ შეიძლება აიხსნას სხვა გზით, გარდა ბნელი მატერიის არსებობისა. ამის წყალობით მათ შეძლეს გამოთვალონ ბნელი და ჩვეულებრივი მატერიის პროპორციები სამყაროში პროცენტამდე სიზუსტით.

მატერიის განაწილება სამყაროში (მარცხნიდან მარჯვნივ) პლანკის ტელესკოპის მონაცემების წინ და შემდეგ

მეცნიერებმა მრავალი მცდელობა გააკეთეს უხილავი და შეუმჩნეველი ბნელი მატერიისგან თავის დაღწევისთვის, შეიქმნა მოდიფიცირებული გრავიტაციის თეორიები, როგორიცაა MOND, რომლებიც ცდილობენ ახსნან დაკვირვებული ეფექტები. რატომ არის სასურველი ბნელი მატერიის მოდელები?

სიტუაცია ძალიან მარტივია: თანამედროვე აინშტაინის გრავიტაციის თეორია კარგად მუშაობს დედამიწის მასშტაბებზე, თანამგზავრები დაფრინავენ ამ თეორიის მკაცრი დაცვით. და ის ძალიან კარგად მოქმედებს კოსმოლოგიურ მასშტაბებზე. და ყველა თანამედროვე მოდელი, რომელიც ცვლის გრავიტაციას, ვერ ხსნის ყველაფერს. ისინი ნიუტონის კანონში ახალ მუდმივობას ნერგავენ, რაც შესაძლებელს ხდის ახსნას ბნელი მატერიის არსებობის ეფექტი გალაქტიკების დონეზე, მაგრამ აკლდება კოსმოლოგიურ მასშტაბს.

შეიძლება გრავიტაციული ტალღების აღმოჩენა აქ დაგვეხმაროს? იქნებ ეს დაგეხმაროს ზოგიერთი თეორიის გაუქმებაში?

ის, რაც ახლა გაზომეს გრავიტაციულმა ტალღებმა, არის უზარმაზარი ტექნიკური და არა სამეცნიერო წარმატება. მათი არსებობის შესახებ ცნობილი იყო 40 წლის წინ, როდესაც ორობითი პულსარის გრავიტაციული გამოსხივება აღმოაჩინეს (ირიბად). გრავიტაციულ ტალღებზე დაკვირვებამ კიდევ ერთხელ დაადასტურა შავი ხვრელების არსებობა, თუმცა აქამდე ეჭვი არ გვეპარებოდა, მაგრამ ახლა აქ მეტ-ნაკლებად პირდაპირი მტკიცებულება გვაქვს.

ეფექტის ფორმამ, გრავიტაციულ ტალღებში ძალაუფლების ცვლილებებმა შეიძლება მოგვცეს ძალიან სასარგებლო ინფორმაცია, მაგრამ ჩვენ უნდა დაველოდოთ კიდევ ხუთიდან ათ წლამდე, სანამ არ გვექნება საკმარისი მონაცემები გრავიტაციის თეორიების დასაზუსტებლად.

როგორ შეიტყვეს მეცნიერებმა ბნელი მატერიის შესახებ

ბნელი მატერიის ისტორია 1933 წელს დაიწყო, როდესაც ასტრონომმა ფრიც ცვიკიმ შეისწავლა გალაქტიკების სიჩქარის განაწილება გროვაში, რომელიც მდებარეობს თანავარსკვლავედის კომა-ბერენიკაში. მან აღმოაჩინა, რომ გროვაში გალაქტიკები ძალიან სწრაფად მოძრაობენ და თუ მხედველობაში მიიღება მხოლოდ ხილული მატერია, მტევანი ვერ იქნება სტაბილური - გალაქტიკები უბრალოდ მიმოფანტული იქნებოდნენ სხვადასხვა მიმართულებით.

1933 წლის 16 თებერვალს გამოქვეყნებულ სტატიაში ცვიკი ვარაუდობს, რომ ისინი ერთად უხილავი გრავიტაციული სუბსტანციის, Dunkle Materie-ით იყვნენ შეკავებულნი.

ცოტა მოგვიანებით, შეუსაბამობა გალაქტიკების „ხილულ“ მასასა და მათი მოძრაობის პარამეტრებს შორის სხვა ასტრონომებმაც დაადასტურეს.

1958 წელს საბჭოთა ასტროფიზიკოსმა ვიქტორ ამბარცუმიანმა შესთავაზა ცვიკის პარადოქსის საკუთარი გადაწყვეტა. მისი აზრით, გალაქტიკათა გროვები არ შეიცავს რაიმე უხილავ მატერიას, რომელიც მათ გრავიტაციულად შეინარჩუნებს. ჩვენ უბრალოდ ვაკვირდებით მტევნებს დაშლის პროცესში. თუმცა, ასტრონომების უმეტესობამ არ მიიღო ეს ახსნა, რადგან ამ შემთხვევაში გროვების სიცოცხლე იქნებოდა არაუმეტეს ერთი მილიარდი წლისა და იმის გათვალისწინებით, რომ სამყაროს სიცოცხლე ათჯერ მეტია, დღეს უბრალოდ გროვები აღარ დარჩებოდა.

ბნელი მატერიის შესახებ ზოგადად მიღებული იდეები ამბობენ, რომ იგი შედგება WIMP-ებისგან (WIMPs), მასიური ნაწილაკებისგან, რომლებიც თითქმის არ ურთიერთობენ ჩვეულებრივი მატერიის ნაწილაკებთან. რა შეიძლება ითქვას მათ თვისებებზე?

საკმაოდ დიდი მასა აქვთ – და ეს თითქმის ყველაფერია, ზუსტ მასას ვერც დავასახელებთ. ისინი შორ მანძილზე მოგზაურობენ შეჯახების გარეშე, მაგრამ მათში სიმკვრივის არეულობა არ იშლება თუნდაც შედარებით მცირე მასშტაბებში - და ეს არის ერთადერთი, რაც დღეს მოდელებისთვის გვჭირდება.

CMB გვაძლევს ბნელი მატერიის მახასიათებლებს დიდ მასშტაბებზე, გალაქტიკათა გროვების მასშტაბებზე. მაგრამ იმისთვის, რომ პატარა გალაქტიკების მასშტაბებზე „ჩამოვდეთ“, იძულებულნი ვართ გამოვიყენოთ თეორიული მოდელები.

თავად მცირე გალაქტიკების არსებობა ვარაუდობს, რომ შედარებით მცირე მასშტაბებზეც კი იყო არაჰომოგენურობა, რომელიც წარმოიშვა დიდი აფეთქების შემდეგ. ასეთი არაჰომოგენურობა შეიძლება გაქრეს, გამოსწორდეს, მაგრამ ჩვენ ზუსტად ვიცით, რომ ისინი არ გამქრალა პატარა გალაქტიკების მასშტაბით. ეს იმაზე მეტყველებს, რომ ბნელი მატერიის ნაწილაკებს ისეთი თვისებები უნდა ჰქონდეთ, რომ ეს არეულობა შენარჩუნდეს.

სწორია თუ არა იმის თქმა, რომ ვარსკვლავები მხოლოდ ბნელი მატერიის გამო წარმოიქმნება?

Ნამდვილად არ. ბნელი მატერიის გარეშე გალაქტიკები ვერ წარმოიქმნებოდა და ვარსკვლავები ვერ ქმნიან გალაქტიკებს გარეთ. ბნელი მატერიისგან განსხვავებით, ბარიონები ყოველთვის ცხელია, ისინი ურთიერთქმედებენ ფონის რადიაციასთან. მაშასადამე, ისინი დამოუკიდებლად ვერ იკრიბებიან ვარსკვლავებად, ვარსკვლავური მასის ბარიონების გრავიტაცია ვერ გადალახავს მათ წნევას.

ბნელი მატერიის ნაწილაკები მოქმედებენ როგორც უხილავი ცემენტი, რომელიც იზიდავს ბარიონებს გალაქტიკებში და შემდეგ იწყება მათში ვარსკვლავების ფორმირების პროცესი. ბარიონებზე ექვსჯერ მეტი ბნელი მატერიაა, ის „მიჰყავს“ და ბარიონები მხოლოდ მას მიჰყვებიან.

ქსენონის მუქი მატერიის ნაწილაკების დეტექტორი XENON1T

Xenon100 თანამშრომლობა

არის თუ არა ბევრი ბნელი მატერია ჩვენს ირგვლივ?

ყველგან არის, საკითხავია მხოლოდ რამდენია. ითვლება, რომ ჩვენს გალაქტიკაში ბნელი მატერიის მასა 10 პროცენტზე ოდნავ ნაკლებია.

მაგრამ უკვე გალაქტიკის სიახლოვეს უფრო მეტი ბნელი მატერიაა, ჩვენ შეგვიძლია დავინახოთ არსებობის ნიშნები როგორც ჩვენი, ისე სხვა ვარსკვლავური სისტემების ირგვლივ. რა თქმა უნდა, ჩვენ ვხედავთ მას ბარიონების წყალობით, ვაკვირდებით მათ და გვესმის, რომ ისინი იქ „იკავებენ“ მხოლოდ ბნელი მატერიის არსებობის გამო.

როგორ ეძებენ მეცნიერები ბნელ მატერიას

1980-იანი წლების ბოლოდან ფიზიკოსები ატარებდნენ ექსპერიმენტებს მიწისქვეშა ობიექტებში, რათა დაეფიქსირებინათ ბნელი მატერიის ცალკეული ნაწილაკების შეჯახება. ბოლო 15 წლის განმავლობაში, ამ ექსპერიმენტების კოლექტიური მგრძნობელობა ექსპონენტურად გაიზარდა, საშუალოდ ყოველწლიურად გაორმაგდა. ორმა ძირითადმა თანამშრომლობამ, XENON-მა და PandaX-II-მა, ახლახან გამოუშვა ახალი, კიდევ უფრო მგრძნობიარე დეტექტორები.

პირველმა მათგანმა ააგო მსოფლიოში ყველაზე დიდი ბნელი მატერიის დეტექტორი XENON1T. იგი იყენებს 2000 კილოგრამიან თხევად ქსენონ სამიზნეს, რომელიც მოთავსებულია 10 მეტრი სიმაღლის წყლის ავზში. ეს ყველაფერი მიწისქვეშაა გრან სასოს ეროვნულ ლაბორატორიაში (იტალია) 1,4 კილომეტრის სიღრმეზე. PandaX-II ინსტალაცია ჩაფლულია ჩინეთის პროვინცია სიჩუანში 2,4 კილომეტრის სიღრმეზე და შეიცავს 584 კილოგრამ თხევად ქსენონს.

ორივე ექსპერიმენტში გამოიყენება ქსენონი, რადგან ის უკიდურესად ინერტულია, რაც ხელს უწყობს ხმაურის დაბალი დონის შენარჩუნებას. გარდა ამისა, ქსენონის ატომების ბირთვები შედარებით მძიმეა (შეიცავს საშუალოდ 131 ნუკლეონს თითო ბირთვზე), რაც უზრუნველყოფს ბნელი მატერიის ნაწილაკების "უფრო დიდ" სამიზნეს. თუ ამ ნაწილაკებიდან ერთ-ერთი დაეჯახება ქსენონის ატომის ბირთვს, ეს გამოიწვევს სინათლის სუსტი, მაგრამ შესამჩნევი ციმციმის (ცინტილაციის) წარმოქმნას და ელექტრული მუხტის წარმოქმნას. ასეთ მოვლენებზე თუნდაც მცირე რაოდენობის დაკვირვებამ შეიძლება მოგვცეს მნიშვნელოვანი მონაცემები ბნელი მატერიის ბუნების შესახებ.

ჯერჯერობით, არც ამ და არც სხვა ექსპერიმენტებმა ვერ შეძლეს ბნელი მატერიის ნაწილაკების აღმოჩენა, მაგრამ ეს სიჩუმეც კი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ბნელი მატერიის ნაწილაკების ჩვეულებრივ ნაწილაკებთან შეჯახების ალბათობის ზედა ზღვარზე.

შეუძლიათ თუ არა ბნელი მატერიის ნაწილაკებს ნორმალური მატერიის ნაწილაკების მსგავსი გროვების შექმნა?

მათ შეუძლიათ, მაგრამ მთელი კითხვა არის რა სიმკვრივე. ასტროფიზიკის თვალსაზრისით, გალაქტიკები მკვრივი ობიექტებია, მათი სიმკვრივე კუბურ სანტიმეტრზე ერთი პროტონის რიგია, ხოლო ვარსკვლავები მკვრივი ობიექტებია, რომელთა სიმკვრივეა გრამი კუბურ სანტიმეტრზე. მაგრამ მათ შორის არის 24 რიგის სიდიდის განსხვავება. როგორც წესი, ბნელ მატერიის ღრუბლებს აქვთ „გალაქტიკური“ სიმკვრივე.

არის თუ არა ბევრისთვის რაიმე შანსი, მოძებნოს ბნელი მატერიის ნაწილაკები?

ისინი ცდილობენ აღბეჭდონ ბნელი მატერიის ცალკეული ნაწილაკების ურთიერთქმედება ჩვეულებრივი მატერიის ატომებთან, როგორც ამას აკეთებენ ნეიტრინოების შემთხვევაში. მაგრამ მათი დაჭერა ძალიან რთულია და ეს არც კი არის შესაძლებელი.

CAST (CERN Axion Solar Telescope) ტელესკოპი CERN-ში ეძებს ჰიპოთეტურ ნაწილაკებს - აქსიონებს, რომელთაგან შეიძლება შედგებოდეს ბნელი მატერია.

შესაძლოა ბნელი მატერია ზოგადად შედგება ეგრეთ წოდებული „სარკის“ ნაწილაკებისგან, რომელთა დაკვირვება პრინციპში მხოლოდ მათი გრავიტაციითაა შესაძლებელი. მეორე „სარკის“ სამყაროს ჰიპოთეზა შემოთავაზებული იქნა ნახევარი საუკუნის წინ, ეს არის რეალობის ერთგვარი გაორმაგება.

რეალური დაკვირვებები მხოლოდ კოსმოლოგიიდან გვაქვს.

ესაუბრა სერგეი კუზნეცოვმა

მეცნიერთა გამოთვლებმა აჩვენა, რომ სამყარო 95% შედგება მატერიისგან, რომელიც ჯერ კიდევ არ არის გამოკვლეული ადამიანების მიერ: 70% ბნელი ენერგიაა, ხოლო 25% ბნელი მატერიაა. ვარაუდობენ, რომ პირველი არის ერთგვარი ველი არანულოვანი ენერგიით, მაგრამ მეორე შედგება ნაწილაკებისგან, რომელთა აღმოჩენა და შესწავლა შესაძლებელია.

მაგრამ ტყუილად არ არის ამ ნივთიერებას ფარული მასა ჰქვია - მისი ძებნა საკმაოდ დიდ ხანს გრძელდება და ფიზიკოსებს შორის ცხარე დისკუსიები ახლავს. იმისათვის, რომ თავიანთი კვლევები საზოგადოებისთვის მიეწოდებინათ, CERN-მა დაიწყო ბნელი მატერიის დღეც კი, რომელიც პირველად აღინიშნება დღეს, 31 ოქტომბერს.

გალაქტიკათა გროვის გამოსახულება. ხაზები გვიჩვენებს ბნელი მატერიის „მოხაზულობას“.

მიუხედავად იმისა, რომ ბნელი მატერიის არსებობის მტკიცებულებები საკმაოდ დამაჯერებელია, ჯერჯერობით ვერავინ იპოვა და არ შეისწავლა მისი შემადგენელი ნაწილაკები. ფიზიკოსები ვარაუდობენ, რომ ასეთი საიდუმლოება ორი მიზეზით არის განპირობებული. პირველი ის არის, რომ ამ ნაწილაკებს აქვთ ძალიან მაღალი მასა (ენერგიას უკავშირდება E = mc² ფორმულით), ამიტომ თანამედროვე ამაჩქარებლების შესაძლებლობები უბრალოდ არ არის საკმარისი ასეთი ნაწილაკების „შექმნისთვის“. მეორე მიზეზი ბნელი მატერიის გაჩენის ძალიან დაბალი ალბათობაა. შესაძლოა, ჩვენ ვერ ვიპოვოთ ის ზუსტად იმიტომ, რომ ის უკიდურესად სუსტად ურთიერთქმედებს ადამიანის სხეულთან და ჩვენთვის ცნობილ ნაწილაკებთან. მიუხედავად იმისა, რომ ბნელი მატერია ყველგან არის (გამოთვლების მიხედვით) და მისი ნაწილაკები ფაქტიურად ყოველ წამს ჩქარობენ ჩვენში, ჩვენ ამას უბრალოდ არ ვგრძნობთ.

ბნელი მატერიის დეტექტორი

„ჯერჯერობით შეუძლებელია იმის თქმა, თუ რას ეხება გრან სასოს ლაბორატორიაში შეგროვებული მონაცემები. ყოველ შემთხვევაში, იტალიის ჯგუფმა დადებითი შედეგი მოგვცა და არა იმის უარყოფა, რაც უკვე სენსაციაა. ახლა სიგნალები აღმოაჩინეს. ეს არის დიდი სტიმული სხვადასხვა თეორიების შემუშავებისთვის, მათ შორის ბნელი მატერიის მოდელის შესაქმნელად.მაგრამ მაშინაც კი, თუ მეცნიერი ცდილობს ახსნას, რატომ არ არის დაკავშირებული მიღებული მონაცემები ბნელი მატერია, ეს მაინც შეიძლება იყოს ახალი ნაბიჯი ბუნების გასაგებად. ნებისმიერ შემთხვევაში, შედეგი არის და ჩვენ უნდა გავაგრძელოთ მუშაობა, მაგრამ მე პირადად ბოლომდე ვერ დავეთანხმები, რომ ბნელი მატერია იპოვეს“, - ამბობს კონსტანტინე ბელოცკი, წამყვანი მკვლევარი. ეროვნული კვლევითი ბირთვული უნივერსიტეტის MEPhI ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკის დეპარტამენტში.