Космический шум заглушал правду: теперь детекторы слышат то, что раньше было невозможно

Ученые всё увереннее говорят о том, что привычная нам Вселенная — лишь малая часть реальности. Большая доля космоса скрыта от прямого наблюдения и по-прежнему остаётся загадкой даже для современной науки. Именно эту "невидимую сторону" мироздания пытаются изучить физики, работающие на переднем крае технологий. Об этом сообщает Science Daily.

Вселенная, которую мы не видим

По современным оценкам, всё знакомое нам вещество — звёзды, планеты, галактики и даже мы сами — составляет около 5% Вселенной. Остальное приходится на тёмную материю и тёмную энергию, чья природа до сих пор не раскрыта. Именно поэтому вопрос о том, что именно заполняет космос, остаётся одним из ключевых в современной астрофизике, и всё больше исследований сходятся в том, что тёмная материя составляет 27 % Вселенной.

"Это похоже на попытку описать слона, держась только за его хвост. Мы чувствуем, что перед нами нечто огромное и сложное, но понимаем лишь малую часть", — сравнивает ситуацию экспериментальный физик Рупак Махапатра.

Экспериментальный физик элементарных частиц из Техасского университета A&M Рупак Махапатра посвятил свою работу поиску ответов на этот фундаментальный вопрос. Его команда разрабатывает сложные полупроводниковые детекторы с криогенными квантовыми сенсорами, которые работают при температурах, близких к абсолютному нулю. Такие условия позволяют фиксировать едва заметные энергетические отклики, возникающие при редчайших взаимодействиях частиц.

Тёмная материя и тёмная энергия: в чём разница

Тёмная материя считается своего рода "каркасом" Вселенной. Именно её гравитационное влияние удерживает галактики от распада и определяет структуру крупных космических скоплений. Тёмная энергия, напротив, отвечает за ускоренное расширение пространства и доминирует в энергетическом балансе космоса.

Ни одна из этих сущностей не излучает свет и не взаимодействует с электромагнитным излучением, поэтому учёные вынуждены изучать их косвенно — по гравитационным эффектам и аномалиям в движении галактик. В последние годы дополнительные зацепки появляются и благодаря новым наблюдениям, когда телескоп Уэбба зафиксировал три необычных объекта в космосе, потенциально связанных с процессами, в которых может участвовать тёмная материя.

Поиск сигналов на грани возможного

В Техасском университете A&M группа Махапатры участвует в международных экспериментах TESSERACT, нацеленных на поиск частиц, взаимодействующих с обычной материей крайне слабо. Речь идёт о событиях, которые могут происходить раз в несколько лет или даже десятилетий, что требует беспрецедентной чувствительности оборудования.

"Проблема в том, что тёмная материя взаимодействует настолько слабо, что нам нужны детекторы, способные зафиксировать единичные события за многие годы", — объясняет Рупак Махапатра.

За последние 25 лет учёный также участвовал в эксперименте SuperCDMS, одном из самых чувствительных в мире. В 2014 году команда представила метод калориметрического ионизационного детектирования с усилением напряжением, что позволило приблизиться к поиску лёгких WIMP-частиц — одного из главных кандидатов на роль тёмной материи.

Почему WIMP остаются в центре внимания

WIMP, или слабовзаимодействующие массивные частицы, считаются перспективным объяснением "скрытой массы" Вселенной. Они почти не взаимодействуют с веществом и могут проходить сквозь Землю, не оставляя заметных следов. Именно поэтому их поиск требует лет наблюдений и сочетания разных экспериментальных подходов.

По словам Махапатры, ни один метод не даст ответа в одиночку. Только объединение данных прямых экспериментов, космических наблюдений и ускорительных исследований позволит постепенно приблизиться к пониманию природы тёмной материи. Этот поиск важен не только для теории: он может привести к открытиям, которые изменят фундаментальные представления о законах физики и откроют дорогу технологиям будущего.