НОВИНИ


ПАЛЕОДЕТЕКТОР ТЪРСИ ТЪМНА МАТЕРИЯ В ДРЕВНИ СКАЛИ
28.06.2018

Халит. Снимка: Wikipedia

Търсенето директно на тъмната материя досега не донесе нищо, но учените имат нова идея как да научат повече за тъмната материя, която заема повече от една четвърт от цялата маса или енергия във Вселената - палеодетектор.
 

Проучването Търсене на тъмна материя с палеодетектори (Searching for Dark Matter with Paleo-Detectors) е налично в сайта за препринти arXiv, съобщи сайтът Аstrobites.

Тъмната материя е неуловима. Въпреки че можем да открием присъствието ѝ като наблюдаваме гравитационното ѝ влияние, тъмната материя остава невидима, защото не взаимодейства електромагнитно. Най-широко приетото обяснение за тъмната материя е съществуването на слабо взаимодействащи масивни частици (Weakly Interacting Massive Particles — WIMP).

"Слабо взаимодействащи" означава, че WIMP не взаимодействат с обикновената материя. Те не се удрят често в други вещества, а и не отделят светлина, което обяснява защо изследователите не могат да ги открият все още.

Създадени в началото на Вселената, те са "масивни" и достатъчно бавно движещи се, за да слепват гравитационно заедно и да образуват структури, чиято форма се наблюдава в днешната Вселена. Масата на WIMP трябва да бъде най-малко десет пъти по-голяма от масата на протона. WIMP се търсят в много експерименти през последните 20-30 години, но въпреки усилията, все още не са намерени.

Техното откритие ще бъде революционно за физиката на частиците и космологията и затова, за да идентифицират тези частици се провеждат безброй експерименти - преки (в лаборатория) и индиректни (чрез наблюдаване на техните анихилации или разпад).

Сега има ново предложение за директно откриване на тъмна материя, което изглежда по-подходящо за учените от Джурасик парк, отколкото за физиците - палеодетектор.

Авторите на новата статия смятат, че древните скали могат да съдържат доказателства за взаимодействията между WIMP и ядрата на атомите в минералите, оформяйки естествен "детектор", който ще позволи на учените да търсят доказателства за масивните частици. Този експеримент значително се различава в сравнение с другите, чиято цел е пряко откриване, търсещи доказателства, че WIMP удрят детекторите на Земята в реално време. Палеодитекторът вместо това може да проследи отдавнашни "следи" от химически и физически промени в скалите, които са резултат на отражението на ударите на WIMP с ядрата на атомите в древни времена.

Учените предлагат изследваните минерали да се извличат от сондажи, използвани за нефтено сондиране и геоложки проучвания. Извадените скали ще бъдат много добре защитени от замърсяващи въздействия като например космическите лъчи. Според изследователите за палеодетектор са най-подходящи скали на внушителните 12 километра дълбочина - около пет пъти по-дълбоко от най -дълбоката лаборатория в света.

Разбира се, не всички скали са подходящи (поне за този експеримент). Учените анализират четири различни минерали:  забуйелит (литиев карбонат), халит (каменна сол, изображението най-горе), илтизит и силванит (сребърно-златен телурид), които могат да се извадят от дълбоки сондажи. Всички те имат сравнително ниска плътност, което гарантира и че взаимодействията с WIMP образуват дълготрайни следи и особеностите на химичния им състав позволяват перфектно запазване на следите по-дълго от обикновено.

Освен това четирите минерала представят широк диапазон от ядра на атоми. Това разнообразие на свой ред дава разпознаваеми варианти.

За да потърсят тези следи, физиците от Университета в Стокхолм претеглят ефективността на два различни механизма за сканиране -  електронна микроскопия  (EM) и рентгенова микроскопия (XRM). EM позволява по-добра (1 nm) резолюция, но изисква пробите да бъдат разчупени за сканиране. XRM, от друга страна, дава леко по-лоша разделителна способност (5-15 nm), но не изисква продължителна подготовка на пробите. Графиките показват сравнение на границите на чувствителност, постигнати чрез отчитане на EM и XRM за четирите различни минерала.

Авторите установиха, че предложеният палеодетектор е по-чувствителен от настоящите с 2-3 порядъка за много широк диапазон от възможни маси на WIMP. Палеодетекторът е уникален в сравнение с други експерименти за директно откриване, тъй като времето за въздействие обхваща продължителността на историята на Земята, а не продължителността на краткотраен лабораторен експеримент. Това продължително време на експозиция има и друго възможно предимство, защото е сравнително лесно да се определи възрастта на тези минерални образци, би било възможно да се проучат промените в разпределението на тъмната материя в галактиката, като функция на времето.

Макар че концепцията за използване на древни реликви за астрофизични изследвания не е нова, палеодетекторът е свидетелство за безграничната творческа фантазия, което ще бъде от решаващо значение за справяне с неуловимостта на тъмната материя.  Вероятно ловците на тъмна материя в бъдещето ще бъдат не само астрофизици, но и геолози.


 

 

 
източник: nauka.offnews.bg

 


 
1035232