К каким технологиям могли бы привести исследования темной материи?
Под Блэк-Хиллс в Северной Дакоте ученые Сэнфордского подземного исследовательского центра используют детектор под названием Large Underground Xenon (LUX) в охоте за частицами темной материи, загадочной субстанции, на которую, по мнению ученых, приходится большая часть материи во Вселенной. Внутри этого массивного устройства, которое содержит треть тонны жидкого ксенона в титановом сосуде, массив чувствительных светодетекторов ждет момента, когда частица темной материи столкнется с атомом ксенона и излучит крошечную вспышку света.
В надежде уловить слабый сигнал, LUX разместили под километровым слоем породы, которая должна помочь в защите от космических лучей и другого излучения, которое могло бы помешать сигналу.
Пока LUX не обнаружил темную материю. Но с новым набором калибровочных методов, которые улучшают чувствительность детекторов, ученые надеются в скором времени, наконец, найти темную материю. «Очень важно, что мы продолжаем развивать потенциал нашего детектора», — говорит профессор Университета Брауна Рик Гейтскелл.
Темное начало
Если ученые, наконец, обнаружат частицы темной материи, это будет кульминацией поиска, который начался еще в 1930-х годах. Именно тогда швейцарский астроном Фриц Цвикки определил, что скорость, с которой вращалось удаленное скопление галактик, указывала на то, что в скоплении было больше массы, чем можно было понять по наблюдаемому свету.
С тех пор ученые ищут темную материю и пытаются выяснить, чем она является. В последние годы ученые полагались на инструменты, начиная от европейского Большого адронного коллайдера до орбитальной рентгеновской обсерватории «Чандра» NASA.
Если предположить, что в конечном итоге ученые доберутся до природы темной материи, возникает другой вопрос: есть ли человеческий способ ее использовать? Поможет ли это исследование просто понять Вселенную или же мы сможем разработать прикладные технологии?
Практическое применение
Одна из возможностей, о которой в 2009 году заговорил физик Нью-Йоркского университета Цзя Лю, может заключаться в использовании темной материи как источника энергии для питания космического корабля в ходе длительных миссий.
Концепция Лю основана на пока еще не проверенном предположении, что темная материя состоит из нейтралино, частиц без электрического заряда. Нейтралино также могут быть античастицами, то есть когда сталкиваются при определенных условиях, аннигилируют друг с другом и преобразуют всю свою массу в энергию.
Если это окажется правдой, полкило темной материи сможет производить в 5 миллиардов раз больше энергии, чем эквивалентное количество динамита. Да, именно миллиардов. Реактор на темной материи с легкостью разгонит ракету в космосе, а достаточно большое ядро сможет разогнать аппарат почти до скорости света, как следует из работы Лю.
Достучаться до звезд
Двигатель на темной материи Лю будет отличаться от традиционных ракетных. Это будет коробка с дверцей, которая открывается в направлении движения ракеты для сбора темной материи. Когда темная материя попадает в коробку, дверца закрывается, и коробка сжимается, чтобы сдавить темную материю и увеличить темпы аннигиляции. Как только частицы превратятся в энергию, дверца снова открывается, и энергия толкает ракету. В ходе космического путешествия этот цикл неоднократно повторяется.
Одним из преимуществ двигателя на темной материи будет то, что космическому аппарату не потребуется переносить много топлива, поскольку он сможет добывать его по дороге, учитывая изобилие темной материи в нашей Вселенной. И чем быстрее движется ракета, тем быстрее она будет собирать темную материю и ускоряться.
100-тонный ракетный корабль теоретически может приблизиться к скорости света в течение нескольких дней. Это, в свою очередь, снизит время, необходимое для поездки к Проксиме Центавра, ближайшей звезде к нашей Солнечной системе, с десятков тысяч лет до, возможно, пяти.