К 2030 году в России должна появиться уникальная экспериментальная установка, цель которой — обнаружение частиц, из которых предположительно состоит темная материя. Эта таинственная субстанция, невидимая для современных приборов, согласно расчетам, составляет около трех четвертей всей материальной массы космоса. О деталях амбициозного проекта в беседе с корреспондентом ТАСС рассказал Петр Сатунин, старший научный сотрудник Института ядерных исследований РАН.
Ключевым инструментом в этой охоте станут сверхчувствительные счетчики одиночных фотонов. Их разработкой занимались ученые из Нижегородского государственного технического университета и Института физики микроструктур. В основе работы этих устройств лежит макроскопическое квантовое туннелирование — явление, за открытие которого в 2025 году была вручена Нобелевская премия по физике. Оно демонстрирует проявление квантовых законов в макроскопических системах.
“Счетчик одиночных фотонов можно применять в том числе и в детектировании темной материи, что мы и собираемся сделать. Такие счетчики разработали наши коллеги в Нижнем Новгороде, в Нижегородском техническом университете и в Институте физики микроструктур. У них очень маленькое время ложных срабатываний, которые могут быть из-за квантового туннелирования. Это позволяет с высокой точностью попробовать померить темную материю определенной массы”, — пояснил Сатунин.
Принцип поиска основан на гипотезе, что частицы темной материи, проходя через сильное магнитное поле внутри установки, могут с крайне низкой вероятностью превращаться в фотоны. Именно эти редкие вспышки света и предстоит уловить. Для минимизации помех комплекс будет включать в себя криостат растворения — дорогостоящее криогенное оборудование для поддержания сверхнизких температур. Один такой аппарат уже есть в Нижнем Новгороде, а для эксперимента планируется приобрести второй.
“Это такие дорогие установки, вот и такая установка одна есть как раз в Нижнем Новгороде, планируется купить еще одну. Внутри будет маленький резонатор, диаметром около 2 см, длиной 10 см, а также магнит. <…> До 2030 года все будет”, — отметил ученый.
По его словам, прототип резонатора уже создан, а запуск всего комплекса может состояться в ближайшие два года. Многолетние попытки обнаружить темную материю пока не увенчались успехом. Астрономические наблюдения, в частности аномально высокая скорость вращения звезд в галактиках, убедительно свидетельствуют о ее существовании, однако ни одна частица Стандартной модели физики на эту роль не подходит.
Одним из главных претендентов считаются аксионы — гипотетические сверхлегкие частицы.
“Сейчас одна из популярных моделей — это так называемые аксионы, очень легкие частицы. <…> Мы ищем такую темную материю, считая, что частицы все-таки есть здесь на Земле и такая темная материя должна просто пройти через магнитное поле и с очень маленькой вероятностью конвертироваться в фотон. Именно такие события мы попытаемся зафиксировать”, — резюмировал физик.
Таким образом, российские исследователи делают ставку на инновационные технологии и проверенную гипотезу, надеясь в течение этого десятилетия получить первые прямые свидетельства природы самой загадочной составляющей нашей Вселенной.
Изображение: фрипик
