Как поймать темную материю

Все видимое нами вещество во Вселенной, из которого состоят планеты, звезды и галактики, составляет, по разным оценкам, от пяти до пятнадцати процентов всей массы Вселенной. Остальное же – темная материя, которая не обладает электромагнитным взаимодействием и оттого нам не видна. И всё же она участвует в гравитационных взаимодействиях, поэтому ученые уверены, что она существует, ведь иначе невозможно объяснить искажение света далеких космических объектов, а также нетипичное поведение некоторых галактик.

На данный момент необнаружение частиц темной материи является одной из главных проблем космологии. В связи с этим эксперименты по обнаружению взаимодействия темного вещества с обычным не останавливаются.

Один из таких экспериментов – DarkSide 20K. Он реализуется в Национальной лаборатории Гран-Сассо в Ассерджи, Италия. В рамках этого проекта исследователи пытаются поймать частицы темной материи в огромной камере, заполненной 20 тоннами сверхчистого жидкого аргона, не содержащего в себе атомов радиоактивного аргона-39.

По задумке разработчиков этого детектора, взаимодействия между частицами тяжелой темной материи и ядрами аргона будут порождать вспышки света. Их будут фиксировать сверхчувствительные фотодетекторы. Чтобы избежать ложных срабатываний, вызванных космическим излучением, чан с жидким аргоном будет установлен на большой глубине под землей, а его оболочка будет изготовлена из специального материала, разработанного российскими химиками.

«Проекту DarkSide 20K нужна оболочка, поглощающая фоновые нейтроны, чтобы они не влияли на взаимодействие частиц темной материи с ядрами аргона. К тому же, ее материал сам по себе должен быть ультра-низкофоновым по радиоактивным элементам. Это наша часть проекта: мы работаем над созданием конструкционных элементов из такого материала», – рассказал один из разработчиков, заведующий кафедрой РХТУ Игорь Аветисов.

Ученые РХТУ им. Д. И. Менделеева, НИИЯФ МГУ, ОИЯИ и НИУ БелГУ предложили для оболочки детектора гибридный материал на основе пластика – полиметилметакрилата, более известного как оргстекло, сообщает РИА Новости. Это недорогой и низкофоновый материал, который к тому же содержит большое количество водорода, атомы которого способствуют захвату посторонних фоновых нейтронов. Другая составляющая гибридного материала – редкоземельный металл гадолиний. Он лучше других нерадиоактивных элементов захватывает тепловые нейтроны. Это свойство гадолиния уже активно используют, например, в МРТ-исследованиях. Результат работы ученых опубликован в журнале Materials. 

Существующие экспериментальные образцы защитного материала, по словам химиков, уже сейчас удовлетворяют всем требованиям по чистоте и другим свойствам, которые были выдвинуты в рамках проекта DarkSide 20K. Как надеются ученые, их разработка найдет место в работе не только данного детектора темной материи, но и других научных установок.