Top

Физики придумали новый способ поиска темной материи

12 декабря 2008, 18:13
Метки: , ,
Рубрика: Изобретения 

Ученые из нескольких американских институтов разработали детектор частиц темной материи, который, по словам авторов, намного превосходит существующие приборы по эффективности. Изобретение физиков коротко описано в пресс-релизе на сайте Массачусетского технологического института. Более подробную характеристику можно найти в статье на сайте arXiv.org.

Темная материя - это загадочная субстанция, которая участвует в гравитационном, но не участвует в электромагнитном взаимодействии. Ее существование было теоретически предсказано для того, чтобы объяснить “недостаток” массы во Вселенной. До настоящего времени астрономам не удалось получить экспериментальных доказательств, которые бы однозначно подтверждали существование “необычной” материи.

Считается, что основными частицами, составляющими темную материю, являются вимпы (слабовзаимодействующие массивные частицы; термин пока не устоялся в русскоязычной литературе и образован от английской аббревиатуры WIMP - Weakly Interacting Massive Particle). Вимпы можно фиксировать непосредственно, используя специальные детекторы. Обычно они находятся на значительной глубине: земля поглощает большую часть частиц “обычной” материи, которые создают сильный фон.

Детектор должен фиксировать вспышки света, возникающие при столкновении вимпов с другими частицами. Фотоэлектронные умножители позволяют многократно усилить слабый сигнал и “засечь” одиночное столкновение. Читать далее…

В космосе обнаружен таинственный источник высокоэнергетических электронов

Ученые обнаружили избыток высокоэнергетических электронов в космическом излучении, которое достигает Земли в районе Антарктики. По словам исследователей, это явление может быть результатом аннигиляции частиц темной материи. Статья группы ученых из США, Германии, Китая и российского НИИЯФ (научно-исследовательский институт ядерной физики) при МГУ опубликована в журнале Nature.

В своей работе физики провели анализ данных, собранных проектом ATIC в период с 2000 по 2003 год. В его рамках исследователи запускали в районе Антарктики аэростаты со специальным оборудованием на борту на высоту примерно 35 километров. Приборы на аппаратах предназначались для изучения космического излучения, то есть потоков заряженных частиц из космоса.

В результате анализа авторам работы удалось установить, что в космическом излучении присутствует некоторый излишек электронов с высокими энергиями (300-800 гигаэлектронвольт). Так как эти элементарные частицы при движении в межзвездном пространстве теряют энергию достаточно быстро, то их источник должен располагаться совсем “рядом” с Солнечной системой. Подсчеты физиков показывают, что он может находится на расстоянии не более трех тысяч световых лет.

Что является источником, ученые объяснить пока не могут. Одним из возможных вариантов является какое-нибудь ранее незамеченное “экзотическое” космическое тело. Например, черная дыра средней величины. Источником электронов в этом случае будут являться процессы в аккреционном диске дыры. До настоящего времени подобных объектов астрономам обнаружить не удавалось, однако общая теория эволюции черных дыр предсказывает, что они должны быть. Другим вариантом является пульсар - нейтронная звезда, создающая вокруг себя сильнейшее магнитное поле, которое разгоняет электроны, сообщая им столь высокую энергию. Читать далее…

Физики определили направление поиска темной материи

Компьютерное моделирование позволило физикам определить основное направление поиска следов темной материи, сообщает Reuters. Работа ученых опубликована в журнале Nature.

Темная материя представляет собой загадочную субстанцию, которая участвует в гравитационном, но не участвует в электромагнитном взаимодействии. Согласно теории холодной темной материи (совсем недавно появилась информация об открытиях, которые в эту теорию не укладываются), она состоит из частиц, которые движутся значительно медленнее скорости света. По этой теории, галактики возникли в результате того, что обычная материя собиралась под воздействием гравитационных сил, “порождаемых” скоплениями темной материи. Сами скопления образовывались в течении многих лет после Большого Взрыва в результате процессов слияния и столкновения более мелких сгустков темной материи. Именно эти процессы моделировали физики при помощи нескольких суперкомпьютеров, которые участвуют в проекте Vertigo.

Столкновение частиц темной материи сопровождается гамма-излучением. Ранее ученые предполагали, что основной вклад в излучение будут вносить небольшие (по астрономическим меркам) ее сгустки. Исследователи связывали это с высокой плотностью “комков” (а следовательно и высокой вероятностью столкновения частиц в них). Согласно современным теориям, самым “лучшим” местом для обнаружения таких “ярких” скоплений является гало темной материи, окружающее карликовую галактику в окрестности Млечного пути.

В результате моделирования ученым удалось установить, что окончательное распределение темной материи в галактике таково, что гало темной материи вокруг карликовых галактик будут “светить” в гамма-диапазоне незначительно - наибольший вклад будет вносить “свечение” центра галактики. Читать далее…

Физики опубликовали нашумевшие данные о темной материи

Физики, занимающиеся проектом PAMELA, официально “признались”, что им удалось получить косвенные доказательства существования темной материи: на сайте arXiv.org появился соответствующий препринт. Работа ученых в настоящее время находится на рецензировании в журнале Nature.

Международный исследовательский аппарат PAMELA (Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics - Аппарат для исследования антиматерии и астрофизики легких ядер) установлен на российском спутнике “Ресурс-ДК1″, который был запущен с космодрома Байконур 15 июня 2006 года. Аппарат вращается вокруг Земли по орбите, высота которой составляет от 350 до 615 километров. PAMELA предназначен для исследования космического излучения и космической антиматерии. Устройство “ловит” в основном позитроны и антипротоны - частицы идентичные электронам и протонам во всем, кроме заряда, который у них имеет противоположный знак. Как оказалось количество позитронов в космических лучах может служить доказательством существования так называемой темной материи.

Привычная нам материя составляет всего пять процентов всей массы-энергии Вселенной. Из оставшихся 95 процентов 23 приходится на темную материю, а 72 - на темную энергию. Про вторую вообще мало что известно, а первая представляет собой загадочную субстанцию, которая участвует в гравитационном взаимодействии, но не участвует в электромагнитном (отсюда “темная” в названии, поскольку свет имеет электромагнитную природу).

Считается, что большая часть позитронов, бомбардирующих Землю, является результатом взаимодействия космических лучей с межзвездным газом. Согласно современным моделям, при таком взаимодействии количество частиц, имеющих определенную энергию, уменьшается с ростом уровня энергии. Это означает, что среди прилетающих позитронов много слабоэнергетичных и мало сильноэнергитичных. Однако, ситуация меняется, если представить, что темная материя также взаимодействует с космическими лучами. В этом случае должен наблюдаться избыток высокоэнергетичных позитронов. Читать далее…


Bottom