По следите на изгубената материя
Учени се надяват, че са близо до откриването на мистериозната тъмна материя
Изглежда сякаш по-голямата част от материята във Вселената липсва. Всъщност тя не липсва, но е под формата на “тъмна” материя, чието съществуване е предсказано още през 30-те години на миналия век от Фриц Цвики, роденият във Варна швейцарски астрофизик. Тъмната материя не може да бъде наблюдавана пряко, защото нито излъчва, нито отразява светлина, но според съвременните теории тя преставлява не по-малко от една четвърт от материята на Вселената. И може би за първи път в историята на учените ще им се отдаде да открият и идентифицират тъмната материя.
Елена Ейприл, професор по физика от Колумбийския университет в Ню Йорк и нейни колеги от цял свят се надяват най-сетне да “видят” мистериозната тъмна материя чрез експеримента XENON, който се провежда в италианските планини Гран Сасо. “Понякога си мисля за тъмната материя като за мистериозна жена, чието лице е покрито с една от онези красиви венециански маски”, казва Ейприл пред университетското списание. “Всички ние, експерименталните физици, сме движени от едно желание – да открием това лице.”
Теорията за тъмната материя е разработена, за да се обясни защо звездите по периферията на галактиките не напускат орбитите си при своето въртене около центъра на галактиката. Гравитацията е която ги задържа в настоящата им орбита, но в галактиките няма достатъчно видима маса, за да генерира достатъчно силно гравитационно поле – именно затова учените вярват, че съществува невидимата тъмна материя, а нейното откриване би хвърлило нова, непозната светлина върху законите на природата.
Повечето от съвременните физици вярват, че тъмната материя е изградена от слабо взаимодействащи масивни елементарни частици (Weakly Interacting Massive Particles – WIMP). Тези частици се сблъскват помежду си или с нещо друго много рядко и именно това е причината учените да не са ги наблюдавали досега. Нястоящият експеримент се базира на изграждането на един контейнер с големината на кутия за шапки, съдържащ течен ксенон – газ, който се съдържа в земната атмосфера – като самият контейнер е притиснат между два детектора. Контейнерът е разположен на километър и половина дълбочина под скалистия масив на планината Гран Сасо в Италия, а идеята е, че ако елементарна частица от тъмна материя влезе в контакт с ксенона ще освободи светлинен импулс, който ще бъде уловен от детекторите. Освен това се очаква да бъде получен и малък електрически заряд, който трябва да бъде по-слаб от заряда на всяка позната досега радиоактивна частица.
Причината да се използва именно ксенон се корени в това, че той е три пъти по-плътен от водата и е един от най-тежките елементи в Менделеевата таблица, което увеличава шансовете, че някоя WIMP ще се сблъска с него. А за да се намалят шансовете от сблъсък с други познати частици, контейнерът се намира под защитата на планинския масив.
Всъщност, това е и най-обещаващия от научна гледна точка експеримент за откриване на тъмната материя, макар че междувременно учени под ръководството на Майкъл Кулен в Принстън използваха суперкомпютър, за да изработят модел на халото (ефект свързан с пречупване на светлината) на тъмната материя. Тяхната симулация започва около 50 милиона години след Големия взрив, когато се формират първите галактики и продължава през останалите 13.7 милиарда години живот на Вселената, симулирайки взаимодействията на един милиард WIMP. Според Кулен, резултатите от ксперимента показват, че тъмната материя би трябвало да анихилира (анихилация е процесът, при който една двойка частица-античастица при сблъсък се унищожава напълно) значително по-често, отколкото се е смятало досега.
Друг учен, Робърт Дж. Шерер от Университета Вандербилт наскоро пък предложи нова революционна теория, предлагаща модел, в който тъмната материя и тъмната енергия са два аспекта на една обща непозната сила. В статията си в списание Physical Review Letters той казва – “Един от начините да се мисли за този проблем е да си представим, че Вселената е изпълнена с невидим флуид, който упражнява натиск над обикновената материя и променя начина, по който Вселената се разширява.” Интересно предложение, като се има предвид, че според последните изследвания тъмната енергия съставлява 75% от енергията във Вселената, докато тъмната материя изгражда други 23% от Вселената и по този начин за обикновената материя и енергия остават незавидните общо 2%.
Така или иначе въпросът за откриването на тъмната материя си остава един от най-големите проблеми пред съвременната наука. Както и повдига един твърде важен въпрос – защо живеем в единственото време в историята на Вселената, в което изчислените плътности за тъмната материя и енергия са сравними. Този т.нар. “парадокс на съвпадението” кара много физици да са скептични относно теорията за тъмната материя, най-малкото защото това би означавало, че живеем в някаква по-специална епоха от историята на Вселената.