Տիեզերքի անտեսանելի ցեմենտը. Մութ նյութի առեղծվածը. ինչ է իրականում հայտնաբերել դետեկտորը Իտալիայում հոկտեմբերի 31-ին, մութ նյութի օրը

Գիտնականների հաշվարկները ցույց են տվել, որ Տիեզերքը 95%-ով բաղկացած է մարդկանց կողմից դեռևս չուսումնասիրված նյութից. 70%-ը մութ էներգիա է, իսկ 25%-ը՝ մութ մատերիա: Ենթադրվում է, որ առաջինը մի տեսակ դաշտ է ոչ զրոյական էներգիայով, սակայն երկրորդը բաղկացած է մասնիկներից, որոնք կարելի է հայտնաբերել և ուսումնասիրել։

Բայց իզուր չէ, որ այս նյութը կոչվում է թաքնված զանգված՝ դրա որոնումները բավականին երկար են տևում և ուղեկցվում են ֆիզիկոսների բուռն քննարկումներով։ Իրենց հետազոտությունները հանրությանը հասցնելու համար CERN-ը նույնիսկ նախաձեռնել է Dark Matter Day, որն առաջին անգամ նշվում է այսօր՝ հոկտեմբերի 31-ին։

Մութ նյութի գոյության կողմնակիցները բավական ծանրակշիռ փաստարկներ են տալիս՝ հաստատված փորձարարական փաստերով։ Դրա ճանաչումը սկսվել է 1930-ական թվականներին, երբ շվեյցարացի աստղագետ Ֆրից Ցվիկին չափել է այն արագությունը, որով Կոմա կլաստերում գտնվող գալակտիկաները շարժվում են ընդհանուր կենտրոնով։ Ինչպես գիտեք, շարժման արագությունը կախված է զանգվածից։ Գիտնականի հաշվարկները ցույց են տվել, որ գալակտիկաների իրական զանգվածը պետք է շատ ավելի մեծ լինի, քան որոշված է աստղադիտակներով դիտումների գործընթացում։ Պարզվեց, որ գալակտիկաների բավականին մեծ մասը մեզ համար պարզապես տեսանելի չէ։ Հետեւաբար, այն բաղկացած է նյութից, որը չի արտացոլում կամ կլանում լույսը։

Թաքնված զանգվածի գոյության երկրորդ հաստատումը լույսի փոփոխությունն է գալակտիկաների միջով անցնելիս։ Բանն այն է, որ զանգված ունեցող ցանկացած առարկա աղավաղում է լույսի ճառագայթների ուղղագիծ ընթացքը։ Այսպիսով, մութ նյութը կկատարի իր սեփական փոփոխությունները լուսային նկարում (հեռավոր օբյեկտի պատկեր), և այն կտարբերվի այն նկարից, որը կստեղծվեր միայն տեսանելի նյութի կողմից։ Մութ նյութի գոյության տասը ապացույց կա, բայց նկարագրված երկուսը հիմնականն են։

Գալակտիկաների կլաստերի պատկեր։ Գծերը ցույց են տալիս մութ նյութի «ուրվագծերը»:

Չնայած մութ նյութի գոյության ապացույցները բավականին համոզիչ են, սակայն մինչ այժմ ոչ ոք չի գտել ու չի ուսումնասիրել այն կազմող մասնիկները։ Ֆիզիկոսները ենթադրում են, որ նման գաղտնիությունը պայմանավորված է երկու պատճառով. Առաջինն այն է, որ այս մասնիկները չափազանց մեծ զանգված ունեն (էներգիայի հետ կապված E=mc² բանաձևի միջոցով), ուստի ժամանակակից արագացուցիչների հնարավորությունները պարզապես բավարար չեն նման մասնիկ «ստեղծելու» համար։ Երկրորդ պատճառը մութ նյութի առաջացման շատ ցածր հավանականությունն է։ Միգուցե մենք չենք կարող գտնել այն հենց այն պատճառով, որ այն չափազանց թույլ է փոխազդում մարդու մարմինըև մեզ հայտնի մասնիկներ: Թեև մութ մատերիան ամենուր է (ըստ հաշվարկների) և նրա մասնիկները բառացիորեն ամեն վայրկյան շտապում են մեր միջով, մենք դա պարզապես չենք զգում։

Մութ նյութի մասնիկները հայտնաբերելու համար գիտնականներն օգտագործում են դետեկտորներ, որոնք տեղակայված են գետնի տակ՝ նվազագույնի հասցնելու ավելորդ ազդեցությունները: Ենթադրվում է, որ երբեմն մութ նյութի մասնիկները դեռ բախվում են ատոմային միջուկներ, նրանց իմպուլսի մի մասը փոխանցել, էլեկտրոնները նոկաուտի ենթարկել և լույսի բռնկումներ առաջացնել։ Նման բախումների հաճախականությունը կախված է միջուկի հետ մութ նյութի մասնիկների փոխազդեցության հավանականությունից, դրանց կոնցենտրացիայից և հարաբերական արագությունից (հաշվի առնելով Երկրի շարժումը Արեգակի շուրջը)։ Սակայն փորձարարական խմբերը, նույնիսկ որոշակի ազդեցություն հայտնաբերելիս, հերքում են, որ դետեկտորի այս արձագանքը առաջացել է մութ նյութի պատճառով: Եվ միայն իտալական DAMA փորձարարական խումբը, որն աշխատում է Գրան Սասոյի ստորգետնյա լաբորատորիայում, հաղորդում է ազդանշանների հաշվման արագության դիտարկված տարեկան տատանումները, որոնք ենթադրաբար կապված են Երկրի շարժման հետ գալակտիկական թաքնված զանգվածով:

Մութ նյութի դետեկտոր

IN այս փորձըմի քանի տարիների ընթացքում չափվում է դետեկտորի ներսում լույսի առկայծումների քանակը և էներգիան: Հետազոտողները ապացուցել են նման իրադարձությունների հաշվման արագության թույլ (մոտ 2%) տարեկան տատանումների առկայությունը:

Չնայած իտալական խումբը վստահորեն պաշտպանում է փորձերի հուսալիությունը, գիտնականների կարծիքներն այս հարցում բավականին երկիմաստ են: Իտալական խմբի ստացած արդյունքների հիմնական թույլ կողմը դրանց չվերարտադրելիությունն է։ Օրինակ, երբ հայտնաբերվեցին գրավիտացիոն ալիքները, դրանք հայտնաբերվեցին ամբողջ աշխարհի լաբորատորիաների կողմից՝ դրանով իսկ հաստատելով այլ խմբերի ստացած տվյալները: DAMA-ի դեպքում իրավիճակն այլ է. ոչ ոք աշխարհում չի կարող պարծենալ նույն արդյունքներով: Իհարկե, կա հավանականություն, որ այս խումբն ունի ավելի հզոր դետեկտորներ կամ իրենց սեփական մեթոդները, սակայն փորձի այս յուրահատկությունը որոշ հետազոտողների մոտ կասկած է հարուցում դրա հուսալիության մեջ։

«Դեռևս հնարավոր չէ հստակ ասել, թե ինչի մասին են վերաբերում Գրան Սասո լաբորատորիայում հավաքված տվյալները: Ամեն դեպքում, Իտալիայից մի խումբ դրական արդյունք տվեց, և ոչ թե հերքեց մի բան, որն արդեն սենսացիա է: Այժմ հայտնաբերված ազդանշանները պետք է բացատրվեն: Եվ սա մեծ խթան է առավելագույնը զարգացնելու համար: տարբեր տեսություններ, ներառյալ նրանք, որոնք նվիրված են թաքնված զանգվածային մոդելի ստեղծմանը: Բայց նույնիսկ եթե գիտնականը փորձի բացատրել, թե ինչու ստացված տվյալները ոչ մի կերպ չեն առնչվում մութ նյութին, դա դեռ կարող է նոր քայլ լինել բնությունը հասկանալու համար: Ամեն դեպքում, արդյունք կա, և մենք պետք է շարունակենք աշխատել։ Բայց ես անձամբ չեմ կարող լիովին համաձայնել, որ մութ մատերիա է հայտնաբերվել»,- մեկնաբանում է Ֆիզիկայի բաժնի առաջատար հետազոտող Կոնստանտին Բելոցկին։ տարրական մասնիկներ NRNU «MEPhI».

ՄՈՍԿՎԱ, 31 հոկտեմբերի - ՌԻԱ Նովոստի, Օլգա Կոլենցովա.Գիտնականների հաշվարկները ցույց են տվել, որ Տիեզերքը 95%-ով բաղկացած է մարդկանց կողմից դեռևս չուսումնասիրված նյութից. 70%-ը մութ էներգիա է, իսկ 25%-ը՝ մութ մատերիա: Ենթադրվում է, որ առաջինը մի տեսակ դաշտ է ոչ զրոյական էներգիայով, սակայն երկրորդը բաղկացած է մասնիկներից, որոնք կարելի է հայտնաբերել և ուսումնասիրել։ Բայց իզուր չէ, որ այս նյութը կոչվում է թաքնված զանգված՝ դրա որոնումները բավականին երկար են տևում և ուղեկցվում են ֆիզիկոսների բուռն քննարկումներով։ Իրենց հետազոտությունները հանրությանը հասցնելու համար CERN-ը նույնիսկ նախաձեռնել է Dark Matter Day, որն առաջին անգամ նշվում է այսօր՝ հոկտեմբերի 31-ին։

Չնայած մութ նյութի գոյության ապացույցները բավականին համոզիչ են, սակայն մինչ այժմ ոչ ոք չի գտել ու չի ուսումնասիրել այն կազմող մասնիկները։ Ֆիզիկոսները ենթադրում են, որ նման գաղտնիությունը պայմանավորված է երկու պատճառով. Առաջինն այն է, որ այս մասնիկները չափազանց մեծ զանգված ունեն (էներգիայի հետ կապված E=mc² բանաձևի միջոցով), ուստի ժամանակակից արագացուցիչների հնարավորությունները պարզապես բավարար չեն նման մասնիկ «ստեղծելու» համար։ Երկրորդ պատճառը մութ նյութի առաջացման շատ ցածր հավանականությունն է։ Միգուցե մենք չենք կարող գտնել այն հենց այն պատճառով, որ այն չափազանց թույլ է փոխազդում մարդու մարմնի և մեզ հայտնի մասնիկների հետ: Թեև մութ մատերիան ամենուր է (ըստ հաշվարկների) և նրա մասնիկները բառացիորեն ամեն վայրկյան շտապում են մեր միջով, մենք դա պարզապես չենք զգում։

Տիեզերքի մութ նյութը «նիհարում է», ասում են ռուս ֆիզիկոսներըՏիեզերքում մութ նյութի քանակը նվազել է մոտ 2-5%-ով, ինչը կարող է բացատրել որոշ կարևոր տիեզերաբանական պարամետրերի արժեքի անհամապատասխանությունը Մեծ պայթյունի ժամանակ և այսօր:

Մութ նյութի մասնիկները հայտնաբերելու համար գիտնականներն օգտագործում են դետեկտորներ, որոնք տեղակայված են գետնի տակ՝ նվազագույնի հասցնելու ավելորդ ազդեցությունները: Ենթադրվում է, որ երբեմն մութ նյութի մասնիկները դեռևս բախվում են ատոմային միջուկներին, փոխանցում նրանց իմպուլսի մի մասը, նոկաուտի ենթարկում էլեկտրոնները և առաջացնում լույսի բռնկում։ Նման բախումների հաճախականությունը կախված է միջուկի հետ մութ նյութի մասնիկների փոխազդեցության հավանականությունից, դրանց կոնցենտրացիայից և հարաբերական արագությունից (հաշվի առնելով Երկրի շարժումը Արեգակի շուրջը)։ Սակայն փորձարարական խմբերը, նույնիսկ որոշակի ազդեցություն հայտնաբերելիս, հերքում են, որ դետեկտորի այս արձագանքը առաջացել է մութ նյութի պատճառով: Եվ միայն իտալական DAMA փորձարարական խումբը, որն աշխատում է Գրան Սասոյի ստորգետնյա լաբորատորիայում, հաղորդում է ազդանշանների հաշվման արագության դիտարկված տարեկան տատանումները, որոնք ենթադրաբար կապված են Երկրի շարժման հետ գալակտիկական թաքնված զանգվածով:

Այս փորձի ժամանակ դետեկտորի ներսում լույսի բռնկումների քանակն ու էներգիան չափվում է մի քանի տարիների ընթացքում: Հետազոտողները ապացուցել են նման իրադարձությունների հաշվման արագության թույլ (մոտ 2%) տարեկան տատանումների առկայությունը:

«Դեռևս հնարավոր չէ ճշգրիտ ասել, թե ինչ են վերաբերում Գրան Սասոյի լաբորատորիայում հավաքված տվյալներին: Ամեն դեպքում, Իտալիայից մի խումբ դրական արդյունք տվեց, և ոչ թե հերքեց մի բան, որն արդեն սենսացիա է: Այժմ հայտնաբերված ազդանշանները բացատրության կարիք ունեն: Սա դեռևս կարող է նոր քայլ լինել բնությունը հասկանալու համար: և մենք պետք է շարունակենք աշխատել: Բայց ես անձամբ չեմ կարող լիովին համաձայնել, որ մութ մատերիան այս պահին հայտնաբերվել է», - մեկնաբանում է Կոնստանտին Բելոցկին, տարրական մասնիկների ֆիզիկայի ամբիոնի առաջատար հետազոտող, Ազգային հետազոտական միջուկային համալսարանի MEPhI:

Մութ նյութը լույս չի արձակում կամ կլանում, գործնականում չի փոխազդում «սովորական» նյութի հետ, գիտնականներին դեռևս չի հաջողվել բռնել ոչ մի «մութ» մասնիկ։ Բայց առանց դրա, մեզ ծանոթ Տիեզերքը, և մենք ինքներս, չէինք կարող գոյություն ունենալ: Մութ նյութի օրը, որը նշվում է հոկտեմբերի 31-ին (ֆիզիկոսները որոշել են, որ ճիշտ ժամանակն է տոն կազմակերպելու՝ ի պատիվ մութ ու խուսափողական նյութի), N+1Լեբեդևի անվան ֆիզիկական ինստիտուտի Աստղատիեզերական կենտրոնի տեսական աստղաֆիզիկայի ամբիոնի վարիչ Անդրեյ Դորոշկևիչին հարցրեց, թե ինչ է մութ մատերիան և ինչու է այն այդքան կարևոր:

N+1. Որքանո՞վ են այսօր գիտնականները վստահ, որ մութ մատերիան իսկապես գոյություն ունի:

Անդրեյ Դորոշկևիչ.Հիմնական ապացույցը տիեզերական միկրոալիքային ֆոնային ճառագայթման տատանումների դիտարկումներն են, այսինքն՝ արդյունքները, որոնք ստացել են WMAP-ը և «» տիեզերանավը վերջին 15 տարիների ընթացքում։

Նրանք բարձր ճշգրտությամբ չափել են տիեզերական միկրոալիքային ֆոնի, այսինքն՝ տիեզերական միկրոալիքային ֆոնի ջերմաստիճանի խանգարումը։ Այս խանգարումները պահպանվել են ռեկոմբինացիայի դարաշրջանից, երբ իոնացված ջրածինը վերածվեց չեզոք ատոմների։

Այս չափումները ցույց տվեցին տատանումների առկայություն, շատ փոքր՝ մոտ մեկ տասնհազարերորդական կելվինի: Բայց երբ նրանք սկսեցին համեմատել այս տվյալները տեսական մոդելների հետ, նրանք գտան կարևոր տարբերություններ, որոնք հնարավոր չէ բացատրել այլ կերպ, քան մութ նյութի առկայությունը: Դրա շնորհիվ նրանք կարողացան հաշվարկել Տիեզերքում մութ և սովորական նյութի համամասնությունները մինչև տոկոսային ճշգրտությամբ:

Նյութի բաշխումը տիեզերքում (ձախից աջ) Պլանկի աստղադիտակի տվյալներից առաջ և հետո

Գիտնականները բազմաթիվ փորձեր են կատարել՝ ազատվելու անտեսանելի և աննկատ մութ նյութից, ստեղծվել են մոդիֆիկացված գրավիտացիայի տեսություններ, ինչպիսին է MOND-ը, որոնք փորձում են բացատրել դիտարկվող ազդեցությունները։ Ինչու՞ են նախընտրելի մութ նյութի մոդելները:

Իրավիճակը շատ պարզ է. ժամանակակից Էյնշտեյնի ձգողականության տեսությունը լավ է աշխատում Երկրի մասշտաբներով, արբանյակները թռչում են այս տեսությանը խիստ համապատասխան: Եվ դա շատ լավ է գործում տիեզերական մասշտաբներով: Եվ բոլոր ժամանակակից մոդելները, որոնք փոխում են ձգողականությունը, չեն կարող ամեն ինչ բացատրել։ Նրանք նոր հաստատուններ են մտցնում Նյուտոնի օրենքում, ինչը հնարավորություն է տալիս բացատրել մութ նյութի առկայության ազդեցությունը գալակտիկաների մակարդակում, բայց բացակայում է տիեզերական մասշտաբով։

Կարո՞ղ է այստեղ օգնել գրավիտացիոն ալիքների հայտնաբերումը: Միգուցե դա կօգնի հրաժարվել որոշ տեսություններից:

Այն, ինչ այժմ չափել են գրավիտացիոն ալիքները, հսկայական տեխնիկական, ոչ թե գիտական հաջողություն է: Նրանց գոյության մասին հայտնի էր 40 տարի առաջ, երբ հայտնաբերվեց երկուական պուլսարի գրավիտացիոն ճառագայթումը (անուղղակիորեն): Գրավիտացիոն ալիքների դիտարկումները ևս մեկ անգամ հաստատեցին սև խոռոչների առկայությունը, թեև նախկինում չէինք կասկածում, բայց հիմա այստեղ քիչ թե շատ ուղղակի ապացույցներ ունենք։

Ազդեցության ձևը, գրավիտացիոն ալիքների փոփոխությունները՝ կախված հզորությունից, կարող են մեզ շատ տալ օգտակար տեղեկատվություն, բայց մենք պետք է սպասենք ևս հինգից տասը տարի, մինչև ունենանք բավականաչափ տվյալներ՝ ձգողականության տեսությունները ճշգրտելու համար:

Ինչպես են գիտնականները իմացել մութ նյութի մասին

Մութ մատերիայի պատմությունը սկսվել է 1933 թվականին, երբ աստղագետ Ֆրից Ցվիկին ուսումնասիրել է գալակտիկաների արագության բաշխումը մի կլաստերի մեջ, որը գտնվում է Coma Berenices համաստեղությունում։ Նա պարզել է, որ կլաստերի գալակտիկաները շատ արագ են շարժվում, և եթե հաշվի առնվի միայն տեսանելի նյութը, ապա կուտակումը չի կարող կայուն լինել, գալակտիկաները պարզապես կցրվեն տարբեր ուղղություններով:

1933 թվականի փետրվարի 16-ին հրապարակված հոդվածում Ցվիկին առաջարկել է, որ նրանք իրար են պահում անտեսանելի գրավիտացիոն նյութը՝ Դանկլ Մատերիան։

Քիչ անց գալակտիկաների «տեսանելի» զանգվածի և դրանց շարժման պարամետրերի միջև անհամապատասխանությունը հաստատվել է այլ աստղագետների կողմից։

1958 թվականին խորհրդային աստղաֆիզիկոս Վիկտոր Համբարձումյանն առաջարկեց Ցվիկի պարադոքսի իր լուծումը։ Նրա կարծիքով՝ գալակտիկաների կլաստերները չեն պարունակում որևէ անտեսանելի նյութ, որը կպահեր դրանք գրավիտացիոն ճանապարհով։ Մենք պարզապես դիտում ենք կլաստերներ քայքայման գործընթացում: Այնուամենայնիվ, աստղագետների մեծամասնությունը չընդունեց այս բացատրությունը, քանի որ այս դեպքում կլաստերների կյանքը կկազմի ոչ ավելի, քան մեկ միլիարդ տարի, և հաշվի առնելով, որ Տիեզերքի կյանքը տասն անգամ ավելի է, այսօր պարզապես կուտակումներ չեն մնա:

Մութ նյութի մասին ընդհանուր ընդունված գաղափարներն ասում են, որ այն բաղկացած է WIMP-ներից (WIMP), զանգվածային մասնիկներից, որոնք գրեթե չեն փոխազդում սովորական նյութի մասնիկների հետ։ Ի՞նչ կարելի է ասել նրանց հատկությունների մասին:

Նրանք ունեն բավականին մեծ զանգված, և դա գրեթե ամեն ինչ է, մենք նույնիսկ ճշգրիտ զանգված չենք կարող նշել: Նրանք երկար տարածություններ են անցնում առանց բախումների, բայց դրանց խտության շեղումները չեն քայքայվում նույնիսկ համեմատաբար փոքր մասշտաբներով, և սա միակ բանն է, որ այսօր մեզ անհրաժեշտ է մոդելների համար:

CMB-ը մեզ տալիս է մութ նյութի բնութագրերը մեծ մասշտաբներով, գալակտիկաների կլաստերների մասշտաբներով: Բայց փոքր գալակտիկաների մասշտաբով «իջնելու» համար մենք ստիպված ենք տեսական մոդելներ օգտագործել։

Փոքր գալակտիկաների գոյությունը վկայում է այն մասին, որ նույնիսկ համեմատաբար փոքր մասշտաբների վրա եղել են անհամասեռություններ, որոնք առաջացել են կարճ ժամանակ անց: մեծ պայթյուն. Նման անհամասեռությունները կարող են մարել, հարթվել, բայց մենք հաստատ գիտենք, որ դրանք չեն մարել փոքր գալակտիկաների մասշտաբով։ Սա ենթադրում է, որ մութ նյութի այս մասնիկները պետք է ունենան այնպիսի հատկություններ, որ այդ խանգարումները պահպանվեն:

Ճի՞շտ է ասել, որ աստղերը կարող էին ձևավորվել միայն մութ նյութի պատճառով:

Իրականում ոչ: Առանց մութ նյութի, գալակտիկաները չեն կարող ձևավորվել, իսկ աստղերը չեն կարող գոյանալ գալակտիկաներից դուրս: Ի տարբերություն մութ նյութի՝ բարիոնները միշտ տաք են, փոխազդում են ֆոնային ճառագայթման հետ։ Հետեւաբար, նրանք չեն կարող ինքնուրույն հավաքվել աստղերի մեջ, աստղային զանգվածի բարիոնների ձգողականությունը չի կարող հաղթահարել նրանց ճնշումը։

Մութ մատերիայի մասնիկները գործում են անտեսանելի ցեմենտի պես, որը բարիոններին քաշում է գալակտիկաների մեջ, իսկ հետո նրանց մեջ սկսվում է աստղերի ձևավորման գործընթացը։ Բարիոններից վեց անգամ ավելի մութ նյութ կա, այն «առաջնորդում է», իսկ բարիոնները միայն հետևում են դրան։

Քսենոնային մութ նյութի մասնիկների դետեկտոր XENON1T

Xenon100 համագործակցություն

Մեր շուրջը շա՞տ մութ նյութ կա:

Դա ամենուր է, միայն հարցն այն է, թե ինչքանով: Ենթադրվում է, որ մեր Գալակտիկայում մութ նյութի զանգվածը 10 տոկոսից փոքր-ինչ պակաս է:

Բայց արդեն Գալակտիկայի շրջակայքում կա ավելի շատ մութ նյութ, մենք կարող ենք տեսնել ներկայության նշաններ ինչպես մեր, այնպես էլ մյուսների շուրջը աստղային համակարգեր. Իհարկե, մենք դա տեսնում ենք բարիոնների շնորհիվ, դիտարկում ենք նրանց, և հասկանում ենք, որ նրանք այնտեղ «պահվում են» միայն մութ նյութի առկայության պատճառով։

Ինչպես են գիտնականները փնտրում մութ նյութ

1980-ականների վերջից ֆիզիկոսները փորձարկումներ են անցկացրել գետնի խորքում գտնվող օբյեկտներում՝ փորձելով ֆիքսել մութ նյութի առանձին մասնիկների բախումը: Վերջին 15 տարիների ընթացքում այս փորձերի կոլեկտիվ զգայունությունը երկրաչափականորեն աճել է՝ ամեն տարի միջինը կրկնապատկվելով: Երկու խոշոր համագործակցություններ՝ XENON-ը և PandaX-II-ը, վերջերս գործարկել են նոր, նույնիսկ ավելի զգայուն դետեկտորներ:

Նրանցից առաջինը կառուցել է աշխարհի ամենամեծ մութ նյութի XENON1T դետեկտորը: Այն օգտագործում է 2000 կիլոգրամանոց հեղուկ քսենոնային թիրախ, որը տեղադրված է 10 մետր բարձրությամբ ջրի բաքում։ Այս ամենը գետնի տակ է 1,4 կիլոմետր խորության վրա՝ Գրան Սասո ազգային լաբորատորիայում (Իտալիա): PandaX-II ինստալացիան թաղված է 2,4 կիլոմետր խորության վրա Չինաստանի Սիչուան նահանգում և պարունակում է 584 կիլոգրամ հեղուկ քսենոն։

Երկու փորձերն էլ օգտագործում են քսենոն, քանի որ այն չափազանց իներտ է, որն օգնում է ցածր աղմուկի մակարդակը պահել: Բացի այդ, քսենոնի ատոմների միջուկները համեմատաբար ծանր են (պարունակում են միջինը 131 նուկլոն մեկ միջուկում), ինչը «ավելի մեծ» թիրախ է ապահովում մութ նյութի մասնիկների համար։ Եթե այս մասնիկներից մեկը բախվի քսենոնի ատոմի միջուկին, դա թույլ, բայց նկատելի լույսի բռնկում (ցինտիլացիա) և էլեկտրական լիցք կառաջացնի։ Նույնիսկ փոքր թվով նման իրադարձությունների դիտարկումը կարող է մեզ կարևոր տվյալներ տալ մութ նյութի էության մասին։

Մինչ այժմ ոչ այս, ոչ էլ որևէ այլ փորձ չի կարողացել հայտնաբերել մութ նյութի մասնիկները, բայց նույնիսկ այս լռությունը կարող է օգտագործվել մութ նյութի մասնիկների սովորական մասնիկների հետ բախման հավանականության վերին սահման սահմանելու համար:

Կարո՞ղ են մութ նյութի մասնիկները սովորական նյութի մասնիկների նման կլաստերներ ձևավորել:

Նրանք կարող են, բայց ամբողջ հարցն այն է, թե ինչ խտություն: Աստղաֆիզիկայի տեսակետից գալակտիկաները խիտ օբյեկտներ են, որոնց խտությունը մեկ խորանարդ սանտիմետրում մեկ պրոտոնի կարգի է, իսկ աստղերը խիտ օբյեկտներ են, որոնց խտությունը մեկ խորանարդ սանտիմետրում գրամի կարգի է։ Բայց նրանց միջև կա 24 կարգի մեծության տարբերություն։ Որպես կանոն, մութ նյութի ամպերն ունեն «գալակտիկական» խտություն։

Շատերի համար մութ նյութի մասնիկներ փնտրելու հնարավորություն կա՞ն:

Նրանք փորձում են ֆիքսել մութ նյութի առանձին մասնիկների փոխազդեցությունը սովորական նյութի ատոմների հետ, ինչպես անում են նեյտրինոների դեպքում։ Բայց նրանց բռնելը շատ դժվար է, և փաստ չէ, որ դա նույնիսկ հնարավոր է։

CERN-ի CAST (CERN Axion Solar Telescope) աստղադիտակը փնտրում է հիպոթետիկ մասնիկներ՝ աքսիոններ, որոնցից կարող է բաղկացած լինել մութ նյութը։

Միգուցե մութ մատերիան ընդհանրապես բաղկացած է այսպես կոչված «հայելային» մասնիկներից, որոնք սկզբունքորեն կարելի է դիտարկել միայն իրենց ձգողականությամբ։ Երկրորդ «հայելային» տիեզերքի վարկածն առաջարկվել է կես դար առաջ, դա իրականության մի տեսակ կրկնապատկում է։

Մենք իրական դիտարկումներ ունենք միայն տիեզերագիտությունից։

Զրուցեց Սերգեյ Կուզնեցովը

Ֆիզիկայի տեսական կառուցվածքը, որը կոչվում է Ստանդարտ մոդել, նկարագրում է գիտությանը հայտնի բոլոր տարրական մասնիկների փոխազդեցությունները։ Բայց սա Տիեզերքում գոյություն ունեցող նյութի միայն 5%-ն է, մինչդեռ մնացած 95%-ը լրիվ անհայտ է: Ի՞նչ է այս հիպոթետիկ մութ նյութը և ինչպե՞ս են գիտնականները փորձում բացահայտել այն: Այս մասին հատուկ նախագծի շրջանակներում պատմում է Մոսկվայի ֆիզիկատեխնիկական ինստիտուտի ուսանող, ֆիզիկա-աստղաֆիզիկայի ամբիոնի աշխատակից Հայկ Հակոբյանը։

Տարրական մասնիկների ստանդարտ մոդելը, որը վերջնականապես հաստատվել է Հիգսի բոզոնի հայտնաբերումից հետո, նկարագրում է մեզ հայտնի սովորական մասնիկների՝ լեպտոնների, քվարկների և փոխազդեցության կրիչների (բոզոններ և գլյուոններ) հիմնարար փոխազդեցությունները (էլեկտրական թույլ և ուժեղ): Այնուամենայնիվ, պարզվում է, որ այս ամբողջ հսկայական բարդ տեսությունը նկարագրում է ամբողջ նյութի միայն մոտ 5-6%-ը, մինչդեռ մնացածը չի տեղավորվում այս մոդելի մեջ: Մեր տիեզերքի կյանքի ամենավաղ պահերից կատարված դիտարկումները մեզ ցույց են տալիս, որ մեզ շրջապատող նյութի մոտավորապես 95%-ը բոլորովին անհայտ է: Այսինքն՝ մենք անուղղակիորեն տեսնում ենք այդ թաքնված նյութի առկայությունը նրա գրավիտացիոն ազդեցությամբ, սակայն մինչ այժմ չի հաջողվել ուղղակիորեն բռնել այն։ Թաքնված զանգվածի այս երևույթը ստացել է «մութ մատերիա» ծածկանունը։

Ժամանակակից գիտությունը, հատկապես տիեզերագիտությունը, աշխատում է դեդուկտիվ մեթոդՇերլոկ Հոլմս

Այժմ WISP խմբից հիմնական թեկնածուն աքսիոնն է, որն առաջանում է ուժեղ փոխազդեցության տեսության մեջ և ունի շատ փոքր զանգված։ Նման մասնիկը ունակ է փոխակերպվել ֆոտոն-ֆոտոն զույգի բարձր մագնիսական դաշտերում, ինչը հուշում է, թե ինչպես կարելի է փորձել հայտնաբերել այն: ADMX փորձարկումներում օգտագործվում են մեծ խցիկներ, որտեղ ստեղծվում է 80000 գաուսի մագնիսական դաշտ (սա 100000 անգամ ավելի է. մագնիսական դաշտըԵրկիր): Տեսականորեն նման դաշտը պետք է խթանի աքսիոնի քայքայումը ֆոտոն-ֆոտոն զույգի, որը պետք է որսալ դետեկտորները։ Չնայած բազմաթիվ փորձերին, WIMP-ներ, աքսիոններ կամ ստերիլ նեյտրինոներ դեռևս չեն հայտնաբերվել:

Այսպիսով, մենք ճանապարհորդել ենք հսկայական թվով տարբեր վարկածների միջով, որոնք փորձում են բացատրել մութ զանգվածի տարօրինակ ներկայությունը, և, դիտումների օգնությամբ մերժելով անհնարին ամեն ինչ, եկել ենք մի քանի հնարավոր վարկածների, որոնց հետ արդեն կարելի է աշխատել:

Գիտության մեջ բացասական արդյունքը նույնպես արդյունք է, քանի որ այն սահմանափակում է մասնիկների տարբեր պարամետրերը, օրինակ՝ վերացնում է հնարավոր զանգվածների շրջանակը։ Տարեցտարի արագացուցիչներում ավելի ու ավելի շատ նոր դիտարկումներ և փորձեր են տալիս մութ նյութի մասնիկների զանգվածի և այլ պարամետրերի նոր, ավելի խիստ սահմաններ: Այսպիսով, դուրս նետելով բոլոր անհնարին տարբերակները և նեղացնելով որոնումների շրջանակը, մենք օրեցօր ավելի ենք մոտենում հասկանալու, թե ինչից է բաղկացած մեր Տիեզերքի նյութի 95%-ը։

Ինչպես են գիտնականները իմացել մութ նյութի մասին

Ինչպես են գիտնականները փնտրում մութ նյութ

Ձեզ կարող է հետաքրքրել