№1-2 (4272-4273)
январь 2009

Актуальное интервью

Прикосновение к темной материи



Наша Вселенная всего лишь на 5% состоит из обычного вещества — барионного. Все остальное — так называемая темная материя и темная энергия. При этом астрофизики оценивают содержание во Вселенной темной материи как очень значительное — до 20%. Но природа темной материи пока остается непознанной. Ученым из Московского университета, участвовавшим в международном эксперименте АТИК, удалось приблизиться к решению этой проблемы. Об этом проекте и о достижениях наших ученых газете рассказал директор Научно-исследовательского института ядерной физики МГУ (НИИЯФ МГУ), доктор физико-математических наук, профессор М.И. Панасюк.
— Михаил Игоревич, какова история этих исследований?
Прежде чем рассказать о проекте АТИК, я хотел бы упомянуть об истории исследований космических лучей в МГУ. Ученые университета внесли огромный вклад в изучение физики космических лучей. Необходимо назвать имена наших выдающихся предшественников — академиков С.Н. Вернова (директора НИИЯФ МГУ до 1982 г.), А.Е. Чудакова, Г.Б. Христиансена, Г.Т. Зацепина и профессора Н.Л. Григорова. Именно они были основоположниками нашей науки и сыграли неоценимую роль в ее развитии не только на национальном уровне, но и в мировом масштабе.
В МГУ изучение космических лучей началось сразу после войны, когда был образован НИИ ядерной физики (1946 г.). С тех пор исследования частиц высокой энергии мы продолжаем во всех средах: под землей, на земле, в атмосфере и в космосе. Эксперимент АТИК — одно из этих исследований, и осуществлялся он в Антарктиде на аэростатах на высоте около 35 км.
В основу прибора, установленного на аэростатах, был заложен принцип ионизационного калориметра. Ионизационный калориметр предназначен для измерения энергии частиц сверхвысоких энергий. Этот инструмент впервые был создан в 1957 г. учеными МГУ: Н.Л. Григоровым, В.С. Мурзиным и И.Д. Рапопортом. С тех пор ионизационный калориметр играет огромную роль в физике высоких энергий — он применяется в различных экспериментах на Земле, в атмосфере и космосе. И не только для изучения космических лучей. Достаточно сказать, что калориметр — основа экспериментальных установок во всех ускорительных экспериментах. В частности, на Большом адронном коллайдере в Женеве.
Кстати, аббревиатура АТИК в переводе с английского «Advanced Thin Ionization Calorimeter» означает «Продвинутый тонкий ионизационный калориметр».

— Расскажите подробнее о самом эксперименте АТИК.
Ученые НИИЯФ МГУ были у истоков коллаборации АТИК, когда она создавалась в конце 90-х годов. В настоящее время, помимо российских ученых из МГУ, в нее входят ученые США, Кореи, Германии и Китая. Идея эксперимента, разработка конструкции прибора, его изготовление происходило при непосредственном участии ученых Московского университета.
Наша «зона ответственности» в эксперименте — конструирование и изготовление полупроводниковой матрицы (первой, входной детекторной системы АТИКа) позволяющей селектировать падающие на нее частицы по зарядам. Мы успешно справились с этой задачей. Здесь я хотел бы отметить, что такие полупроводниковые детекторы мы изготавливали и для многих наземных ускорительных экспериментов: для ускорителя — в Протвино, для Тэватрона в Чикаго, для немецкого ДЭЗИ и для БАКа в Женеве.

— Сколько полетов аэростатов состоялось в Антарктиде?
Начиная с 2001 г., наша коллаборация осуществила три запуска аэростатов с установкой АТИК. Один из них был, к сожалению, неудачным из-за образовавшегося отверстия в оболочке. Два других были вполне успешными.

— Каковы результаты ваших исследований?
В результате обработки данных первых двух полетов нам удалось установить, что в космических лучах в области энергий от 300 до 800 гигаэлектронвольт имеется излишек электронов, который трудно объяснить в рамках существующих представлений. Так как электроны быстро теряют свою энергию при движении в межзвездном пространстве, то их источник должен располагаться где-то недалеко от Солнечной системы на расстоянии менее трех тысяч световых лет (столько свет должен идти от нас до этого источника). Что является источником этих частиц, мы пока не знаем. Обычные источники, такие как пульсары, микроквазары, оболочки сверхновых, создают энергетические распределения, интенсивность которых слишком быстро уменьшается с ростом энергии, и они не могут объяснить наблюдаемое распределение.
Может быть, существуют еще неизвестные нам источники таких электронов. Такую возможность исключить пока нельзя. Но наиболее интересным вариантом объяснения является аннигиляция частиц темной материи (В физике термин «аннигиляция», буквально означающий «исчезновение», «уничтожение», принят для наименования процесса, в котором частица и отвечающая ей превращаются в электромагнитное излучение — фотоны или в другие частицы — кванты физического поля иной природы. — Прим. ред.).
В настоящее время нам ничего не известно относительно частиц, из которых она состоит. Известно лишь, что темная материя участвует в гравитационном взаимодействии и составляет около 20% плотности энергии в Галактике, в то время как обычная материя составляет лишь 5% этой плотности. Данные АТИКа можно объяснить, если темная материя состоит из частиц Калуцы-Клейна с массой 620 гигаэлектронвольт. (Частицы названы так в честь знаменитых теоретиков, предположивших, что в нашем пространстве много измерений, три из которых мы наблюдаем, а остальные свернуты в многомерный шар столь малых размеров, что он недоступен для наблюдения. В простейшем варианте теории частицы Калуцы-Клейна могут двигаться в четырех измерениях вместо трех. Их движение в четвертом измерении приводит к увеличению массы, и в трех измерениях мы можем наблюдать, например, «тяжелые» протоны и электроны — Прим. ред.). Для количественного описания требуется, чтобы плотность частиц темной материи в 200 раз превышала среднюю плотность таких частиц в Галактике. Это означает, что темная материя должна быть распределена неравномерно, а иметь клочковатую структуру, причем плотность в облаках должна быть в сотни раз больше средней плотности в Галактике. Существование частиц Калуцы-Клейна означало бы, что наше пространство не является трехмерным, что должны существовать еще другие свернутые (возможно микроскопические) размерности пространства.
Эта последняя интерпретация и вызывает заслуженное внимание научного сообщества, поэтому и была удостоена чести быть опубликованной в «Nature» (Nature, Vol 456/20, November 2008 /dol:10.1038/ nature 07477).

Первая полоса

Редакторская колонка

Новости ректората

Пресс-служба

Вести МГУ

Поступаем в МГУ

Память

Образование

Конференции

Юбилеи

Актуальное интервью

Страницы истории

Наука и техника

Новости Москвы

Наш календарь

Будни и праздники университета

Спорт

На главную страницу