В Китае запущена самая глубокая в мире подземная лаборатория

На глубине 2400 метров под горами Цзиньпин на юго-западе Китая начала работу самая глубокая и самая крупная в мире подземная лаборатория. Ее огромное пространство станет местом работы ученых, которые ищут темную материю — гипотетическое вещество, которое, как считается, составляет более 80% материи во Вселенной, но найти его до сих пор не удается. Самая глубокая лаборатория в мире для изучения темной материи построена Китае Китайская подземная лаборатория Цзиньпин. Nature Поиски темой материи важны и сами по себе и потому, что они развивают все более и более чувствительные инструменты. А эти инструменты можно использовать и в других экспериментах, например, при исследовании нейтрино.

На глубине 2400 метров под горами Цзиньпин на юго-западе Китая начала работу самая глубокая и самая крупная в мире подземная лаборатория. Ее огромное пространство станет местом работы ученых, которые ищут темную материю — гипотетическое вещество, которое, как считается, составляет более 80% материи во Вселенной, но найти его до сих пор не удается.

Китайская подземная лаборатория Цзиньпин (CJPL) открылась еще в 2010 году. Она предназначалась для поиска нейтрино. Но стройка продолжалась. В декабре 2023 года в подгорном пространстве объемом 330 000 кубических метров запущена установка для поиска темной материи. Объем подгорного пространства превосходит Национальную лабораторию Гран-Сассо в Л’Акуиле, Италия, которой до запуска CJPL и пренадлежал рекорд как по глубине, так и по объему среди подземных лабораторий.

Дополнительное пространство позволило модернизировать Эксперимент по частицам и астрофизическому ксенону (PandaX) и Китайский эксперимент по темной материи (CDEX). «Удивительно, что им удалось сделать это всего за десять лет», — говорит Хуан Коллар, физик из Чикагского университета в Иллинойсе.

В поисках темной материи

Трехмерная карта распределения темной материи во Вселенной, построенная с помощью метода слабого гравитационного линзирования в рамках проекта COSMOS Трехмерная карта распределения темной материи во Вселенной, построенная с помощью метода слабого гравитационного линзирования в рамках проекта COSMOSВикипедия

Темная материя остается научной загадкой. Физики подсчитали, что гравитация, создаваемая видимой материей, слишком слаба, чтобы удержать быстродвижущиеся галактики от разлета. После этого они выдвинули теорию темной материи как невидимого «клея», скрепляющего Вселенную. Хотя темная материя должна быть повсюду, ее трудно наблюдать напрямую, поскольку она почти не взаимодействует с обычной материей: не излучает, не отражает и не поглощает свет. До сих пор все сообшения о возможном обнаружении темной материи сопровождались предположениями, что эксперименты могли быть искажены посторонними сигналами. Чтобы такие сигналы надежно исключить, и построена подземная лаборатория Цзиньпин.

Научная слава ждет тех, кто первым обнаружит темную материю, и эти продолжающиеся поиски являются одним из крупнейших усилий в физике элементарных частиц, говорит Генри Цз-Кинг Вонг, физик из Академии Синика в Нанганге, Тайвань, который работает над CDEX в подземной лаборатории.

Свет под горой

Нажми и смотри

Лучшее место для поиска темной материи — под землей, потому что слои камня защищают детекторы от фонового «шума», такого как космические лучи — частицы высокой энергии, которые падают на Землю из космоса и могут заглушить потенциальные сигналы темной материи. Марко Селви, физик из Национального института ядерной физики в Болонье говорит, что попытка обнаружить темную материю на поверхности Земли, это «все равно что пытаться услышать тоненький голосок ребенка на стадионе, где все кричат».

Под землей детекторы CJPL подвергаются воздействию космических лучей на уровне 0,000001% от земной поверхности, что делает ее одной из наиболее защищенных подземных лабораторий в мире. Ее стены покрыты защитным щитом толщиной 10 сантиметров, сделанным из смеси резины, бетона и других материалов, которые блокируют воду и радиоактивный газ радон, который может просачиваться из окружающей породы и мешать экспериментам по обнаружению темной материи.

Пока строилась CJPL, команда экперимента PandaX модернизировала его детектор со 120 килограммов жидкого ксенона до 4 тонн. Когда потенциальная частица темной материи сталкивается с атомом ксенона, ее энергия должна преобразоваться во вспышки света, которые могут быть обнаружены фотосенсорами.

Детектор PandaX-4T расположен внутри резервуара с водой объемом 900 кубических метров, чтобы еще надежнее защитить его от случайных частиц, говорит член команды Нин Чжао, физик из Шанхайского университета Цзяо Тонг в Китае. «Благодаря большей чувствительности мы можем экспериментировать с детектором и тестировать различные типы взаимодействий», — говорит он. Конечная цель команды — создать ксеноновый детектор массой 40–50 тонн, который мог бы конкурировать с европейским экспериментом DARWIN Experiment, который нацелен на 40 тонн, говорит Чжао.

Команда эксперимента CDEX пошла по другому пути. Ученые развернули германиевый детектор, который нацелен на потенциальные частицы темной материи с еще меньшей массой, чем те, которые ищут в экспериментах с ксеноном, говорит член команды CDEX Цянь Юэ, физик из Университета Цинхуа в Пекине. Детектор CDEX был модернизирован с емкости 1 килограмм до 10 килограммов германия, при этом планируется создать матрицу детекторов, содержащую одну тонну. Если частица темной материи врежется в этот детектор, в результате взаимодействия должны возникнуть заряды, которые преобразуются в электрические сигналы. Юэ надеется пригласить исследователей из разных стран присоединиться к CDEX. Уже сегодня в экперименте заняты ученые из Индии и Турции.

Пока разные лаборатории, созданные для поиска темной материи, научились «ловить» не ее частицы, а ошибки друг друга. В 2022 году команда PandaX смогла подтвердить результаты эксперимента LNGS XENON, который показал, что удивительный сигнал, обнаруженный LNGS XENON в 2020 году, был вызван фоновым шумом, а не темной материей. Увы, это была не темная материя, но поиски продолжаются.

Источник
Комментарии 0
Оцените статью
WARHEAD.SU
Добавить комментарий