В поисках темной материи астрофизики используют детали с затонувших кораблей

Чтобы наблюдать за определенными астрономическими явлениями, ученым необходимо размещать свои обсерватории глубоко под землей, в туннелях или заброшенных шахтах. Это так называемая «подземная астрономия».

Фото из открытых источников

Как вы думаете, какой интерес для астрофизика могут представлять детали с давно затонувших кораблей или, например, железнодорожные рельсы начала прошлого столетия?

Все очень просто: нужно, чтобы проводимый учеными эксперимент не подвергался малейшему радиоактивному загрязнению. Дело в том, что ученый охотится за призрачными частицами: неуловимыми нейтрино и еще более неуловимой и загадочной темной материей.

Эти частицы очень слабо взаимодействуют с обычным веществом. Настолько слабо, что, например, нейтрино способно пробить свинцовую стену толщиной в несколько сотен миллиардов километров (!), словно это обычный воздух. Или, другими словами: из нейтрино, образующихся в результате ядерных реакций, происходящих внутри Солнца, мы обнаруживаем только одно из каждых 5000 миллионов, проходящих сквозь Землю.

Такая трудность при их обнаружении заставила физиков принять два решения одновременно.

Во-первых, необходимы большие детекторы, так как чем больше у вас масса, тем больше вероятность столкновения нейтрино с каким-нибудь атомом. Так, например, в Японии находится детектор «Супер-Камиоканде» (Super-Kamiokande), размещённый в японской лаборатории на глубине в 1 км в цинковой шахте Камиока и содержащий 50 000 тонн воды.

Фото из открытых источников / Super-Kamiokande

Есть второй способ - закопать детектор под тоннами породы. Главная цель - защитить устройство от космических лучей, которые создают фоновый шум в детекторе и мешают обнаружению нейтрино.  Поэтому чтобы «услышать» шепот нейтрино, необходимо найти тихое место.

Можно подумать, что этого достаточно, но это не так. Все, что нас окружает, радиоактивно. Это означает, что горная порода и даже материал, участвующий в эксперименте, создают радиационный фон. Отсюда у физиков и интерес к старым железнодорожным путям или свинцовым обломкам затонувших кораблей.

Для наиболее чувствительных деталей в первую очередь отбираются железо и свинец, используемые таким образом, чтобы они были расплавлены до первых радиоактивных излучений в атмосфере и, таким образом, избежать дальнейшего загрязнения человеческой деятельностью.

Чем материал старше, тем лучше. Например, используемый свинец содержит изотоп - свинец-210, период полураспада которого составляет 22 года. Это означает, что если у нас будет один килограмм этого свинца, половина его распадется чуть более чем через два десятилетия. Например, свинец, отлитый во времена римской империи, более «чистый», чем свинец, отлитый в 1900 году.

Получается, чтобы обнаружить нейтрино, исходящие от солнца или от других астрономических явлений, таких как взрывы сверхновых, мы должны держать телескопы под тоннами камней.  Что, собственно, и делают физики в поисках частиц.