Самая большая загадка Вселенной — и она прямо у нас под носом

Вот что меня поражает: около 85% всей материи во Вселенной? Мы её просто не видим. Не можем потрогать. Не можем засечь напрямую. Но точно знаем — она есть. Потому что гравитация заставляет всё вокруг двигаться определённым образом.

Тёмная материя. Космическое привидение.

Учёные десятилетиями ищут эту субстанцию. Они замечали её влияние на скопления галактик, наблюдали, как свет огибает невидимые массы, рассчитывали её воздействие на космическую паутину, которая держит галактики вместе. Но поймать частицу тёмной материи? Пока это ускользало.

Пока.

Игла в горе

На глубине больше километра — в бывшей золотой шахте в Южной Дакоте — спрятан один из самых чувствительных приборов, созданных человечеством. Эксперимент LUX-ZEPLIN, он же LZ, не просто ищет тёмную материю. Он слушает её.

Внутри — десять тонн сверхчистого жидкого ксенона. Если частица тёмной материи (если она вообще существует) врежется в атом ксенона, должно возникнуть крошечная вспышка света. Мизерная. Такая слабая, что поиск иголки в стоге сена покажется лёгкой прогулкой.

Вот в чём фокус: тёмная материя по своей природе не любит взаимодействовать с обычным веществом. Она игнорирует всё, кроме гравитации и слабого ядерного взаимодействия. Так что столкновения должны быть невероятно редкими. Может, одна частица пролетает через Землю каждую минуту, а может и реже.

Вот почему учёным нужна суперчувствительная аппаратура и терпение.

То самое событие

И вот тут начинается самое интересное.

В июне 2023 года (кстати, Земля тогда двигалась через поток тёмной материи Галактики с максимальной скоростью), детектор LZ зафиксировал кое-что. Одно событие. Одно столкновение, которое по всем расчётам подходило под сигнатуру частицы тёмной материи.

Доктор Рик Гайтскелл, представитель проекта LZ, назвал это «абсолютно захватывающим». Честно? Это учёный перевод фразы «наши сердца замирают, но мы боимся сглазить».

Сигнал имел значимость 2,6 сигма. Для справки: золотой стандарт для объявления настоящего открытия — 5 сигма, то есть практически полная статистическая уверенность. Так что это не подтверждение. Это «эй, произошло что-то странное, и мы не можем это объяснить».

Пока.

Почему я лично в восторге (и вам тоже стоит)

Вот что меня зацепило. Мы не про какую-то маргинальную теорию говорим. Существование тёмной материи — один из самых прочных научных консенсусов. Мы просто не знаем, что это такое.

Главный кандидат десятилетиями — так называемые WIMP'ы, слабо взаимодействующие массивные частицы. Они объясняли бы всё, что мы наблюдаем, и одновременно объясняли бы, почему мы их до сих пор не поймали. Скромные. Очень-очень скромные.

Событие, замеченное LZ, соответствует WIMP массой минимум в 200 протонов. Это серьёзно! Это та масса, которая наконец может дать конкретный ответ.

Физик Аарон Маналейси выразился красиво: «Это первый случай за все эксперименты, в которых я участвовал, когда выброс данных выглядит достоверным во всех отношениях».

Рано праздновать

Хочу быть честным, как и учёные. Одно событие, одно единственное взаимодействие — команда не заявляет об открытии. И правильно. Так наука не работает. И знаете что? Именно это делает её надёжной.

Там могут быть неизвестные фоны — редкие взаимодействия частиц, которые имитируют сигнал тёмной материи. Команда LZ удивительно осторожна, и это именно то, как и нужно себя вести, когда имеешь дело с чем-то настолько важным.

В ближайшие месяцы и годы они будут анализировать данные, проводить тесты и, что важнее всего, делиться результатами, чтобы другие учёные могли найти изъяны. В этом красота науки. Все хотят найти истину, даже если придётся доказать, что ты сам ошибался.

Что это значит для нас с вами

Вот в чём дело: даже если это окажется ничем — статистической случайностью, неизвестным артефактом — сам факт, что мы подобрались так близко, невероятно важен. LZ — самый чувствительный охотник за тёмной материей из когда-либо созданных. Если частицы тёмной материи существуют, мы с каждым днём сужаем поле поиска.

А если это реально? Если та одна крошечная вспышка в темноте дакотской шахты — первое подтверждённое появление тёмной материи?

Это будет одно из величайших научных открытий в истории человечества. Мы наконец поймём, из чего на самом деле сделана большая часть Вселенной.

Так что оставайтесь любопытными, друзья. Вселенная умеет удивлять.