Под Блэк-Хиллз в Южной Дакоте ученые из Сэнфордского подземного исследовательского центра используют устройство под названием Большой подземный ксеноновый (LUX) детектор для поиска частиц темной материи, загадочного вещества, которое, как полагают, составляет большую часть материи во Вселенной. Внутри массивного устройства, которое содержит треть тонны жидкого ксенона внутри титанового сосуда, массив чувствительных детекторов света ждет момента, когда частица темной материи столкнется с атомом ксенона и испустит крошечную вспышку света.
В надежде уловить слабый сигнал, LUX был помещен под слой скалы толщиной в милю, который поможет защитить его от космических лучей и другого излучения, которое может мешать сигналу.
Пока LUX еще не обнаружил темную материю. Но с помощью нового набора методов калибровки, улучшающих чувствительность детектора, исследователи надеются вскоре, наконец, обнаружить темную материю. «Очень важно, чтобы мы продолжали расширять возможности нашего детектора», - говорит в пресс-релизе профессор физики Университета Брауна Рик Гейтскелл.
Темное происхождение
Если ученые, наконец, идентифицируют частицы темной материи, это станет кульминацией поиска, который восходит к 1930-м годам. Именно тогда швейцарский астроном по имени Фриц Цвикки определил, что скорость, с которой вращается далекое скопление галактик, является признаком того, что они содержат гораздо больше массы, чем предполагалось наблюдаемым светом от них..
С тех пор ученые ищут темную материю и пытаются выяснить, что же это такое. В последние годы исследователи полагались на различные инструменты, от европейского Большого адронного коллайдера, разрушающего атомы, до орбитальной рентгеновской обсерватории НАСА «Чандра».
Если предположить, что исследователи наконец-то поймут природу темной материи, может возникнуть еще один вопрос: есть ли у людей способ ее использовать? Это исследование предназначено только для того, чтобы помочь нам понять вселенную, или мы могли бы разработать применимые технологии?
Практические приложения
Одна из возможностей, высказанная в статье 2009 года физика, получившего образование в Нью-Йоркском университете, Цзя Лю, может заключаться в использовании темной материи в качестве источника энергии для питания космических кораблей в чрезвычайно длительных миссиях.
Концепция Лю основана на еще не подтвержденном предположении, что темная материя состоит из нейтралино, частиц без электрического заряда. Нейтралино также являются античастицами, а это означает, что при столкновении при определенных обстоятельствах они аннигилируют друг друга и превращают всю свою массу в энергию.
Если это окажется правдой, фунт темной материи может произвести почти в 5 миллиардов раз больше энергии, чем эквивалентное количество динамита. Да, миллиард с "б". Это означает, что у реактора темной материи будет достаточно энергии, чтобы запустить ракетный корабль через космос, а достаточно большое ядро может разогнать корабль до скорости, близкой к скорости света, согласно статье Лю.
Достижение звезд
Как подробно описано в статье New Scientist, двигатель темной материи Лю будет сильно отличаться от обычной ракеты. По сути, это был бы ящик с дверцей, которая открывалась бы в направлении движения ракеты, чтобы зачерпнуть темную материю. Когда темная материя попадает в ящик, дверь закрывается, и ящик сжимается, сжимая темную материю и увеличивая скорость аннигиляции. Как только частицы превращаются в энергию, дверь снова открывается, и энергия приводит корабль в движение. Цикл будет повторяться на протяжении всего космического путешествия.
Одним из преимуществ двигателя темной материи было бы то, что космическому кораблю не нужно было бы нести много топлива, потому что он мог бы собрать больше по пути из изобилия темной материи в некоторых частях вселенной. И чем быстрее будет двигаться ракета, тем быстрее она подхватит темную материю и ускорится.
100-тонный (90,7-тонный) ракетный корабль теоретически может достичь скорости света за несколько дней. Это, в свою очередь, сократит время, необходимое для путешествия к Проксиме Центавра, ближайшей к нашей Солнечной системе звезде, с десятков тысяч лет, возможно, до пяти..
И помимо этого, конечно, есть технологии и изобретения, которые неизвестны и кажутся невозможными - пока мы не осознаем, что они возможны.
Интересно
Одна из возможностей, рассматриваемая физиками, заключается в том, что обычная Вселенная может иметь невидимого двойника, состоящего из темной материи, которая состоит из зеркальных версий известных субатомных частиц; зеркальная темная материя будет иметь все те же свойства, что и обычная материя, но будет слабо с ней взаимодействовать.