Вселенная сегодня провел ряд интересных дискуссий с широким кругом ученых по вопросам ударных кратеров, поверхностей планет, экзопланет, астробиологии, физики Солнца, комет, планетарных атмосфер, планетарной геофизики, космохимии, метеоритов, радиоастрономии, экстремофилов, органической химии, черных дыр, криовулканизма и защиты планет, а также того, как эти интригующие области способствуют нашему пониманию нашего места в космосе.
Здесь, Вселенная сегодня обсуждает таинственную область темной материи с доктором Шоном Вестердейлом, доцентом кафедры физики и астрономии и руководителем лаборатории темной материи и нейтрино в Калифорнийском университете в Риверсайде, о важности изучения темной материи, преимуществах и проблемах, самых захватывающих аспектах темной материи, которые он изучал на протяжении всей своей карьеры, и советах будущим студентам, которые хотят продолжить изучение темной материи. Так в чем же важность изучения темной материи?
«Около 80% массы всей материи во Вселенной составляет темная материя, несмотря на то, что наша (в остальном чрезвычайно успешная) модель фундаментальной физики частиц не может объяснить, что это такое», — говорит доктор Вестердейл. Вселенная сегодня. «Мы можем видеть гравитационное влияние темной материи в нашей собственной галактике и во всей структуре наблюдаемой Вселенной. Она оставляет четкий отпечаток на всех наших космологических и астрофизических наблюдениях посредством этих гравитационных взаимодействий, поэтому мы знаем, что она там есть, и она замечательно объясняет то, что мы видим. Но мы понятия не имеем, из чего она на самом деле сделана, а это существенная часть понимания природы».
Термин «темная материя» был впервые введен в 1906 году французским математиком и физиком-теоретиком доктором Анри Пуанкаре для описания работы британского математика-физика доктора Уильяма Томсона (лорда Кельвина) от 1884 года, касающейся скоростей звезд и некоторых потенциально темных тел. На протяжении оставшейся части 20й века темная материя стала центром гипотез поведения галактик и галактических скоплений, и было опубликовано бесчисленное множество исследований в академических кругах, включая Калифорнийский технологический институт, а также исследовательские организации, такие как Институт SETI. Несмотря на десятилетия исследований, включая гипотезы о «холодной», «теплой» и «горячей» темной материи, эта загадочная субстанция до сих пор не обнаружена. Итак, каковы некоторые из преимуществ и проблем изучения темной материи?
Доктор Вестердейл рассказывает Вселенная сегодня«Мы пока не нашли его, но мы исключили много моделей, и тем самым помогли уточнить наше понимание природы, исключив возможные модификации Стандартной модели физики элементарных частиц. На социологическом уровне изучение темной материи привело ко многим новым технологиям обнаружения излучения. Некоторые из них могут привести к новым квантовым технологиям, а другие разрабатываются в новые медицинские устройства визуализации, и это лишь несколько примеров».
Три метода попытки наблюдения темной материи включают прямое обнаружение, косвенное обнаружение и лабораторные эксперименты с использованием множества лабораторий из нескольких стран по всему миру, включая Большой адронный коллайдер, который является крупнейшим в мире коллайдером частиц. Кроме того, несколько наземных и космических телескопов провели исследования, чтобы попытаться создать карты темной материи, включая космический телескоп Хаббл НАСА, телескоп Канада-Франция-Гавайи, обзорный телескоп VLT и телескоп Subaru. Но какие самые захватывающие аспекты темной материи доктор Вестердейл изучал за свою карьеру?
Доктор Вестердейл рассказывает Вселенная сегодня«Для меня самым захватывающим аспектом исследования темной материи была масштабность вопроса. У нас есть такие успешные модели космологии и физики элементарных частиц, и все же, несмотря на весь успех этих моделей, мы до сих пор не знаем, из чего состоит большая часть Вселенной или как она здесь оказалась!»
Изучение темной материи охватывает некоторые из самых фундаментальных вопросов, касающихся космологии, природы Вселенной и нашего места в ней. Из чего состоит Вселенная? Как она образовалась? Как образовались галактики? Как галактики ведут себя так, а не иначе? Как все это привело к тому, что мы здесь и пишем статьи о темной материи, подобные этой? Ответы на эти вопросы продолжают ускользать от астрофизиков, космологов и бесчисленного множества других ученых, несмотря на десятилетия исследований, экспериментов, моделей и гипотез.
Доктор Вестердейл рассказывает Вселенная сегодня«Одной из забавных задач обнаружения темной материи является то, что мы ищем чрезвычайно редкие взаимодействия, и поэтому нам приходится идти на необычайные меры, чтобы сделать наши эксперименты как можно более тихими. Мы размещаем наши детекторы в глубоких подземных лабораториях, на глубине до мили под землей, чтобы избежать шума от космических лучей, а уровни радиоактивности, которые обычно настолько низки, что их невозможно измерить, могут заглушить сигналы, которые мы ищем. Это захватывающая задача — столкнуться с этими вещами в наших исследованиях и выяснить, как спроектировать детекторы, которые могут соответствовать всем нашим целям».
Несмотря на отсутствие наблюдений за темной материей и подтверждения ее существования, это, тем не менее, сигнализирует о том, что следующее поколение энтузиастов темной материи, независимо от того, станут ли они астрофизиками, космологами или придут из других научных областей, будет иметь свою работу, и некоторые из них, возможно, будут теми, кто подтвердит существование темной материи. Как и почти все научные исследовательские траектории, изучение темной материи требует постоянного сотрудничества между учеными с множеством различных областей и экспертиз. Поэтому, какой совет может дать доктор Вестердейл будущим студентам, которые хотят продолжить изучение темной материи?
Доктор Вестердейл рассказывает Вселенная сегодня«Экспериментальная физика темной материи требует очень большого объема знаний, поэтому не засоряйте свое обучение — любые физические, математические и инженерные навыки, которые вы освоите, в какой-то момент будут полезны. Навыки программирования особенно важны, как и изучение статистики, химии и других инженерных навыков. И когда вы сталкиваетесь с чем-то новым, найдите время, чтобы узнать, как это работает на фундаментальном уровне — это будет стоить того позже, когда вы увидите, как это вписывается в общую картину».
Увидим ли мы когда-нибудь темную материю и как она поможет нам лучше понять наше место во Вселенной в ближайшие годы и десятилетия? Только время покажет, и именно поэтому мы и занимаемся наукой!
Как всегда, продолжайте заниматься наукой и смотреть вверх!
