Большая часть Вселенной остается для нас загадкой. Все, что мы можем видеть своими глазами — звезды, планеты, газовые облака и даже мы сами, — составляет лишь небольшие 5% от общего содержания космоса.
А что касается оставшихся 95%? Их составляют темная материя и темная энергия, природа которых до сих пор остается неизвестной науке, но специалисты на протяжении многих лет ищут способы их исследования. В целях поиска темной материи группа физиков из Техасского университета A&M разрабатывает высокочувствительные детекторы.
«Поиски темной материи и энергии напоминают попытку описать слона, касаясь только его хвоста, — поясняет руководитель группы, физик-экспериментатор Рупак Махапатра. — Мы ощущаем, что перед нами нечто огромное и сложное, но улавливаем лишь малую его часть».
Темная материя и темная энергия получили свои наименования именно по причине того, что их состав остается неизвестным. Темная материя составляет примерно 27% энергетического баланса Вселенной и обеспечивает основную массу галактик и галактических скоплений, формируя их структуру на крупных масштабах. Темная энергия еще более преобладает — на нее приходится около 68%, и именно она заставляет Вселенную ускоренно расширяться. Проще говоря, темная материя удерживает космические структуры вместе, а темная энергия «растягивает» их.
Ни темная материя, ни темная энергия не излучают, не поглощают и не отражают свет, что делает их непосредственное наблюдение практически невозможным. Однако их гравитационное влияние явно проявляется в движении галактик и формировании крупномасштабной структуры Вселенной.
Группа Махапатры разрабатывает детекторы на основе полупроводников с криогенными квантовыми сенсорами, способные фиксировать частицы, которые крайне редко взаимодействуют с обычной материей. «Сложность заключается в том, что темная материя взаимодействует так слабо, что нам нужны детекторы, которые способны буквально услышать шепот в урагане. То есть увидеть практически неуловимые события, которые могут происходить раз в год или даже раз в десятилетие», — говорит ученый.
Команда участвует в эксперименте TESSERACT — одном из ведущих мировых проектов по поиску темной материи. Техасский университет A&M входит в узкий круг учреждений, работающих над этим проектом. Кроме того, Махапатра уже 25 лет участвует в эксперименте SuperCDMS. В 2014 году он с коллегами представил метод ионизационного детектирования с использованием напряжения, который позволил изучить легкие вимпы — это одни из главных кандидатов на роль частиц темной материи.