Науковий прорив часто асоціюється з передовими технологіями, але часом відповідь у зверненні до минулого. Вчені пропонують відродити експеримент, розроблений у 1773 році британським фізиком Генрі Кавендішем, для пошуку однієї з найневловиміших загадок Всесвіту: темної матерії.
Спочатку Кавендіш планував вивчити електромагнетизм за допомогою вкладених одна в одну металевих оболонок. Однак сучасні фізики зі Стенфордського університету та Університету Делавера вважають, що ця столітня конструкція може стати ключем до виявлення частинок з мілізарядом (mCP). Ці гіпотетичні частки є одними з головних кандидатів на роль темної матерії – речовини, що становить близько 85% всієї матерії у Всесвіті, але невидимого для традиційних методів виявлення.
Наука пошуку
Темна матерія не взаємодіє зі світлом, що унеможливлює її пряме спостереження. Тим не менш, вона надає гравітаційний вплив на видиму речовину. Одна з провідних теорій припускає, що темна матерія може складатися з часток з надзвичайно малим електричним зарядом — набагато меншим, ніж у електронів або протонів. Саме це і є частки з мілізарядом.
Оскільки mCP мають заряд, вони взаємодіють з електромагнітними полями. Ця властивість робить їх ідеальними об’єктами вивчення за допомогою оригінальної конструкції Кавендиша, яка вимірювала електричний потенціал між двома вкладеними металевими оболонками. Пропонована сучасна версія відтворить цю структуру:
- Конструкція : Велика зовнішня металева оболонка підключається до джерела напруги, тоді як внутрішня оболонка залишається ізольованою.
- Акумулятор : Пристрій працює як «пилосос», затягуючи заряджені частинки з навколишнього повітря до експериментальної камери.
- Виявлення : Якщо mCP присутні, їх крихітні заряди створять вимірну різницю потенціалів між внутрішньою та зовнішньою оболонками.
«Властивість мати заряд робить їх відмінним об’єктом для перевірки в рамках столітньої конструкції Кавендіша», — пояснює Пітер Грем зі Стенфордського університету.
Чому це важливо: простота та чутливість
В області, де домінують прискорювачі частинок вартістю в мільярди доларів та масивні підземні детектори, привабливість цієї пропозиції полягає в її ефективності та доступності.
- Економічність : Оцінна вартість становить менше 1 мільйона доларів, що приблизно в тисячу разів менше річних експлуатаційних витрат типового прискорювача частинок.
- Висока чутливість : Розрахунки показують, що цей метод може бути у 100–10 000 разів чутливішим, ніж попередні методи виявлення mCP.
- Швидкість : На відміну від масштабних інфраструктурних проектів, що потребують десятиліть, цей експеримент можна побудувати та запустити протягом двох-трьох років.
Кевін Келлі з Техаського університету A&M зазначає, що оцінки дослідників можуть бути навіть занижені. Якщо вони вірні, цей підхід дозволить виявляти частинки із зарядами, які раніше вважалися надто малими для вимірювання, відкриваючи нове вікно для розуміння складу космосу.
Нова ера досліджень темної матерії
Наукова спільнота звертає увагу на цю ініціативу. Крістофер Хілл з Університету штату Огайо визнає, що дана техніка може перевершити сучасні методи як за чутливістю, так і за швидкістю. “Це був би великий крок до розуміння того, з чого складається значна частина Всесвіту і як він працює”, – говорить Хілл, зазначаючи, що він розглядає можливість проведення подібного експерименту разом зі своєю командою.
У разі успіху наслідки вийдуть за межі простого виявлення. Пристрій потенційно зможе захоплювати і накопичувати частки з мілізарядом, дозволяючи вченим вивчати їх в деталях. Як жартівливо зазначає Харікрішнан Рамані з Університету Делавера: «Ви зможете зберігати частки з мілізарядом та дарувати їх людям».
Висновок
Поєднуючи фізику XVIII століття та космологію XXI століття, цей запропонований експеримент пропонує спрощений і недорогий шлях до можливого вирішення однієї з найбільших головоломок у фізиці. Він доводить, що іноді найпотужнішими інструментами для вивчення невідомого є не найновіші, а найрозумніші.
