Ученые работают над созданием детектора темной материи, изготовленного из золота и специальной ДНК

На долю темной материи, как предполагают некоторые ученые, приходится порядка 84 процентов от общего количества материи, существующей во Вселенной. Но в настоящее время ученые не имеют ни малейшего понятия, что представляет собой темная материя, людям еще никогда не удавалось увидеть ни одной частицы этой загадочной субстанции. Группа ученых-физиков и ученых-генетиков, собравшаяся для создания нового детектора, собирается с помощью него определить следы темной материи, прибывающей к нам из центра Вселенной. И этот детектор будет изготовлен из золотых листов и специально изготовленных молекул ДНК.

Большинство ученых-астрофизиков считает, что темная материя состоит из массивных частиц, слабо взаимодействующих с окружающей средой (Weakly Interacting Massive Particles, WIMP). Частицы WIMP не поглощают и не излучают электромагнитные волны, они не имеют электрического заряда. За исключением массы, эти частицы весьма похожи на нейтрино, которые проходят через обычную материю, практически с ней не взаимодействуя.

Теоретически, для того, что бы обнаружить WIMP-частицы, можно использовать такие же методы, которые применяются для обнаружения нейтрино. Взяв под контроль большую массу вещества, можно надеяться, что удастся зарегистрировать всплеск энергии, вызванный столкновением частицы с ядром атома. Для обнаружения нейтрино обычно используют огромные подземные полости, заполненные водой, но для обнаружения темной материи, WIMP-частиц, требуется немного другой подход.

Команда ученых-биологов и ученых-астрофизиков из Мичиганского университета и Гарвардского университета соответственно разработала способ обнаружения частиц темной материи, используя молекулы ДНК со специальной последовательностью генов и тонкие листы из чистого золота. Основой детектора является горизонтальный тонкий золотой лист, на нижней части которого "висит" лес из длинных цепочек ДНК. Все нити ДНК абсолютно идентичны за исключением некоей уникальной метки, находящейся в ее нижней части.Когда WIMP-частица столкнется с ядром золота в верхней части датчика, это ядро с большой скоростью пройдет сквозь "лес" ДНК, на ходу срезая свисающие цепочки. Срезанные части ДНК падают вниз и скапливаются в специальном поддоне для дальнейшего анализа. Уникальные идентификаторы позволят ученым выяснить, в каком месте датчика находилась данная нить, а точка разрыва генетической последовательности покажет точную траекторию движения ядра золота, выбитого из листа столкновением с WIMP-частицей. Направление движения ядра золота позволит ученым выяснить направление, из которого прибыла WIMP-частица.

Рабочий вариант детектора WIMP-частиц будет состоять из нескольких слоев золото-ДНК для того, что бы увеличить чувствительность детектора и отфильтровать космические лучи и фоновое излучение. С учетом того, что для создания такого датчика, объем которого приблизительно будет равен объему кирпича, потребуется не менее килограмма золота, создание такого детектора будет намного более дешевым, чем создание детекторов, обладающих такими же возможностями и основанными на иных физических принципах.

Так почему же так важно получить информацию о направлении движения WIMP-частиц? Одна из теорий о темной материи утверждает, что WIMP-частицы движутся к нам исключительно из центра Вселенной. Если это верно, то направление, которое будет регистрировать новый детектор, должно будет меняться в соответствии с движением Земли вокруг Солнца и текущим временем суток, так как Земля еще и вращается вокруг своей оси. Так как датчик будет регистрировать направление движения WIMP-частиц весьма точно, то его измерения должны иметь циклический характер.

И в случае обнаружения такой суточной и месячной цикличности можно будет заявить: "Да, мы наконец нашли эту загадочную темную материю!".

Источник: Источник