Мартин Рис - Всего шесть чисел. Главные силы, формирующие Вселенную [litres]

Поскольку количество нейтрино значительно превышает количество атомов, они могут быть основной составляющей темной материи, даже если масса каждого из них составляет одну стомиллионную атома. До 1980-х гг. почти все считали, что нейтрино – это частицы с нулевой массой покоя; в таком случае они будут иметь энергию и двигаться со скоростью света, но их гравитационное воздействие не будет играть роли. (Подобным образом фотоны, оставшиеся от начального этапа существования Вселенной, теперь обнаруживаются в реликтовом излучении и не проявляют какого-либо заметного гравитационного воздействия.) Но сейчас считается, что нейтрино могут иметь какую-то массу, хотя и очень маленькую.

Лучшим доказательством того, что нейтрино имеют массу, стал эксперимент «Камиоканде» в Японии. В нем использовали огромный резервуар в форме цилиндра, размещенный в бывшей цинковой шахте. Экспериментаторы изучали нейтрино, идущие от Солнца, где они являются побочным продуктом ядерных реакций в центральной зоне, а также и другие нейтрино, которые генерируются очень быстрыми частицами (космическими лучами), попадающими в верхние слои атмосферы Земли. Эксперименты показали ненулевую массу нейтрино, возможно не такую значительную, чтобы сделать их весомой составляющей темной материи {12} 12 Это доказательство на самом деле говорит нам о разнице квадратов масс двух различных видов нейтрино. Более ранний вариант эксперимента «Камиоканде» записал данные 11 событий, связанных с высокоэнергетическими нейтрино от появившейся в 1987 г. неподалеку от нас сверхновой, о чем было упомянуто в главе 4. Американский эксперимент в соляной шахте в Огайо зафиксировал данные еще восьми событий. (Также нейтринные события зарегистрировал детектор в Баксанской лаборатории на Кавказе. – Прим. науч. ред. ) Полученные цифры порадовали астрофизиков, поскольку хорошо согласовываются с предсказаниями теорий сверхновых. . Тем не менее это было важнейшее открытие, связанное с природой самих нейтрино. С одной стороны, оно заставляет микромир казаться более сложным, с другой – масса нейтрино может предложить новые ключи к разгадке отношений между ними и другими частицами.

По крайней мере, нам известно, что нейтрино существуют, хотя мы по-прежнему точно не знаем их массы. Но есть длинный список гипотетических частиц, которые, возможно , существуют и (если это так) могли выйти из Большого взрыва в достаточном количестве, чтобы внести основной вклад в значение числа Ω. Нет никаких особенно убедительных оснований судить о том, насколько тяжелы могут быть эти частицы. Наилучшие предположения дают значение в сотни раз тяжелее атома водорода. Если бы в Галактике было достаточно таких частиц, чтобы составить темную материю, по соседству с Солнцем их бы насчитывалось по нескольку тысяч на 1 м 3. Они бы двигались примерно с той же скоростью, что и средняя звезда в Галактике, – где-то 300 км/с.

Эти частицы, тяжелые, но электрически нейтральные, в основном, как и нейтрино, проходили бы прямо сквозь Землю. Тем не менее их небольшая часть могла бы взаимодействовать с атомами веществ, через которые они проходят. В течение дня происходило бы всего несколько столкновений с каждым из нас (притом что наше тело содержит примерно 10 29атомов). Мы же явно ничего не ощущаем. Однако эксперименты с высокой чувствительностью могут обнаружить очень слабые «удары» или отдачу, возникающую, когда такие столкновения происходят с куском кремния или подобным материалом. Детекторы должны быть охлаждены до очень низкой температуры и размещены глубоко под землей (например, их располагают в шахте в Йоркшире или в туннеле под горами в Италии). Это необходимо, чтобы снизить помехи от других событий, которые могут заглушить подлинные сигналы от соударений с темной материей.

Несколько групп физиков взялись за трудные задачи этой «подземной астрономии». Это тонкая и длительная работа, но, если ученые добьются успеха, они смогут не только узнать, из чего же в основном состоит наша Вселенная, но вдобавок еще и открыть новый важный вид частиц. Только величайший оптимист мог бы положиться на успех этого предприятия, потому что на настоящий момент у нас нет теории относительно частиц темной материи, следовательно, очень трудно найти оптимальный путь поиска {13} 13 Следующий шаг в теоретическом понимании субатомной физики может затрагивать понятие, которое называется «суперсимметрия». На этом этапе необходимо связать ядерные силы с другими силами внутри атомов (и таким образом обеспечить лучшее понимание нашего космического числа ε). Тут задействованы и некоторые виды электрически нейтральных частиц, которые были созданы во время Большого взрыва и массу которых можно вычислить. .