Китай построил глубочайшую в мире лабораторию для поиска темной материи

Прямо сейчас, под нашими ногами, разворачивается одна из самых эпичных научных саг. Лаборатория Цзиньпин (CJPL) начала свою историю в 2010-м с ловли нейтрино. Но стройка не прекращалась. И вот в декабре 2023 года в подгорных залах объемом 330 тысяч кубометров (это вам не шкаф под лестницей!) заработали установки для поимки темной материи. Новый комплекс отобрал пальму первенства у итальянской лаборатории в Гран-Сассо — и по глубине, и по объему. Десять лет на такой проект — это невероятно быстро. «Удивительно, что им удалось это сделать всего за десять лет», — признается физик из Чикагского университета Хуан Коллар. Я с ним полностью согласен.

В погоне за вселенским призраком

Давайте начистоту: темная материя — это наша коллективная головная боль. Расчеты показывают, что видимой материи во Вселенной катастрофически мало, чтобы своей гравитацией удерживать галактики от разбегания. Значит, должен существовать невидимый «клей». Его-то мы и назвали темной материей. Парадокс в том, что эта штука, которой, по идее, полно вокруг, наотрез отказывается с нами общаться: не светится, не отражает, не поглощает. Все предыдущие «ура, нашли!» разбивались о простой вопрос: а не помеха ли это? Чтобы отсечь все посторонние шумы раз и навсегда, и зарылись так глубоко под гору Цзиньпин.

Тот, кто первым поймает эту частицу, гарантирует себе место в учебниках. Неудивительно, что эта охота стала одним из главных направлений в физике, — говорит Генри Цз-Кинг Вонг, участник проекта CDEX. Согласитесь, азартнее задачи сложно придумать.

Тишина под каменным небом

Почему под землей? Все просто: каменная толща — лучший щит от космических лучей. Эти высокоэнергетические частицы, падающие на Землю из космоса, создают невыносимый шум для тонких детекторов. Марко Селви, физик из Болоньи, проводит идеальную аналогию: пытаться услышать темную материю на поверхности — это «все равно что пытаться услышать тоненький голосок ребенка на стадионе, где все кричат».

В недрах Цзиньпина уровень космического фона падает до 0,000001% от поверхностного. Но и этого мало! Стены лаборатории дополнительно покрыли 10-сантиметровым «бутербродом» из резины, бетона и специальных материалов. Эта броня отсекает воду и радиоактивный радон, который сочится из породы и тоже может все испортить.

Пока строились залы, ученые не теряли времени. Команда проекта PandaX нарастила мощь своего детектора с 120 килограммов жидкого ксенона до целых 4 тонн. Принцип такой: если частица темной материи врежется в атом ксенона, должна родиться крошечная вспышка света. Ее-то и ловят сверхчувствительные сенсоры.

Весь этот ксеноновый монстр помещен в резервуар с 900 кубометрами воды — для дополнительной защиты от случайных частиц, поясняет физик Нин Чжао. Их цель и вовсе космическая — детектор на 40-50 тонн, чтобы на равных конкурировать с европейским проектом DARWIN. Гонка вооружений в чистом виде, только цель у нее призрачная.

А команда CDEX пошла другим путем. Они используют не ксенон, а германий. Их детекторы настроены на поиск более легких гипотетических частиц темной материи. Масштабы тоже растут: с 1 килограмма германия до 10, а в планах — целая тонна. Столкновение с частицей темной материи должно породить электрический сигнал. Цянь Юэ, руководитель проекта, уже зовет в коллаборацию ученых со всего мира — в проекте уже работают специалисты из Индии и Турции. Наука все-таки сближает, правда?

Пока главная добыча всех этих лабораторий — не темная материя, а ошибки друг друга. В 2022 году команда PandaX помогла разобраться коллегам из итальянского эксперимента XENON: тот загадочный сигнал 2020 года оказался всего лишь фоновым шумом. Неужели нам так и не повезет? Но разве это повод останавливаться? Охота продолжается.