Серия экспериментов, запланированная в Делавэрском университете, может дать первые прямые доказательства существования темной материи.
Темная материя — гипотетическая субстанция, возможно, составляющая до 85% процентов Вселенной. Астрономы предполагают, что она существует из-за дефицита гравитационного воздействия известной материи по сравнению с наблюдаемыми гравитационными силами.
Идея темной материи была сформулирована в 1933 году, когда выяснилось, что масса всех звезд в скоплении галактик Кома составляет всего лишь один процент массы, которая, по расчетам, необходима, чтобы удерживать галактики в скоплении за счет гравитации.
Затем, в 1970-х, американские астрономы Вера Рубин и Кент Форд обнаружили аномалии в орбитах звезд в галактиках, выявившие тот же недостаток массы в сравнении с наблюдаемыми объектами. Иными словами, расчеты снова и снова выявляли наличие некоего «гравитационного клея» непонятной природы, удерживающего галактики вместе.
В данном случае экспериментаторы исходили из предположения о том, что Вселенная заполнена «темными фотонами» — крошечными частицами с нулевой гравитационной массой покоя, которые способны только на гравитационные взаимодействия, и по этой причине не обнаруживаются в традиционных экспериментах по физике элементарных частиц. Поэтому группа физиков из Университета Делавэра предложила использовать для поиска темной материи акселерометр.
Акселерометр — прибор для измерения ускорения, по сути это датчик изменения положения устройства в пространстве; за счет этого он определяет направление, степень, скорость отклонения. В частности, акселерометр в смартфоне отвечает за то, чтобы картинка поворачивалась, когда вы поворачиваете смартфон (или другой подобный гаджет).
Устройство, похожее на миниатюрный камертон, представляет собой тонкий кусок стекла из нитрида кремния, подвешенное над неподвижным бериллиевым зеркалом. Толщина стекла из нитрида кремния составляет всего 100 нанометров, при миллиметровой длине и ширине. Такое соотношение площади к толщине делает устройство чувствительным к воздействию гравитации и сил инерции, и, в то же время, малочувствительным к воздействию других факторов окружающей среды.
Если темная материя, равномерно рассеянная во Вселенной, участвует только в гравитационных взаимодействиях, то при использовании двух объектов, состоящих из материалов разной плотности, величина воздействия будет разной, а, следовательно, частота вибраций такого камертона будет отличаться от расчетной – с поправкой на воздействие «темных фотонов».
Будет ли отрицательный результат эксперимента означать, что темной материи не существует вовсе? Нет, поскольку вопрос о гравитационном дефиците останется открытым. Как следствие, открытым останется и вопрос о том, есть ли темная материя, или эта гипотеза неверна.
Отрицательный результат будет означать лишь то, что предположение о равномерном присутствии темной материи во всей Вселенной в виде «темных фотонов» не получило подтверждения, и темная материя, если и существует, то в какой-то иной форме, возможно, не повсеместно, а концентрируясь лишь в отдельных областях пространства.
Один из фактов, свидетельствующих в пользу существования темной материи, — это то, что гравитации видимой части галактики Тукана II явно недостаточно для захвата и удержания девяти периферийных звезд.
