MOSKVA, 31 oktyabr - RİA Novosti, Olqa Kolentsova. Alimlərin hesablamaları göstərdi ki, Kainatın 95%-i hələ insanlar tərəfindən tədqiq edilməmiş maddələrdən ibarətdir: 70%-i qaranlıq enerji, 25%-i isə qaranlıq maddədir. Birincinin enerjisi sıfırdan fərqli olan müəyyən bir sahəni təmsil etdiyi güman edilir, lakin ikincisi aşkarlana və öyrənilə bilən hissəciklərdən ibarətdir. Ancaq bu maddənin gizli kütlə adlandırılması boş yerə deyil - onun axtarışı xeyli vaxt çəkir və fiziklər arasında qızğın müzakirələrlə müşayiət olunur. Araşdırmalarını ictimaiyyətə çatdırmaq üçün CERN hətta bu gün, oktyabrın 31-də ilk dəfə qeyd olunan Qaranlıq Maddə Gününün təşəbbüskarı oldu.
Qaranlıq maddənin mövcudluğunun tərəfdarları eksperimental faktlarla təsdiqlənən kifayət qədər inandırıcı arqumentlər təqdim edirlər. Onun tanınması 20-ci əsrin 30-cu illərində, İsveçrə astronomu Fritz Zwicky Koma klasterinin qalaktikalarının ümumi mərkəz ətrafında hərəkət sürətini ölçdüyü zaman başladı. Bildiyiniz kimi, hərəkət sürəti kütlədən asılıdır. Alimin hesablamaları göstərdi ki, qalaktikaların həqiqi kütləsi teleskoplar vasitəsilə aparılan müşahidələr zamanı müəyyən edilən kütlədən xeyli çox olmalıdır. Məlum oldu ki, qalaktikaların kifayət qədər böyük bir hissəsi bizim üçün sadəcə görünmür. Buna görə də o, işığı əks etdirməyən və udmayan maddədən ibarətdir.
Gizli kütlənin varlığının ikinci təsdiqi işığın qalaktikalardan keçərkən dəyişməsidir. Fakt budur ki, kütləsi olan hər hansı bir obyekt işıq şüalarının düzxətli yolunu təhrif edir. Beləliklə, qaranlıq maddə işıq şəklinə (uzaq bir cismin təsviri) dəyişikliklər edəcək və yalnız görünən maddənin yaratdığı şəkildən fərqli olacaq. Qaranlıq maddənin varlığına dair on dəlil var, lakin bu ikisi əsasdır.
© 2012 Kral Astronomiya Cəmiyyətinin Müəlliflər Aylıq Bildirişləri, 2012 RAS
© 2012 Kral Astronomiya Cəmiyyətinin Müəlliflər Aylıq Bildirişləri, 2012 RAS
Qaranlıq maddənin varlığına dair sübutlar kifayət qədər inandırıcı olsa da, onu təşkil edən hissəcikləri hələ heç kim tapmayıb və tədqiq etməyib. Fiziklər bu məxfiliyin iki səbəbdən qaynaqlandığını irəli sürürlər. Birincisi, bu hissəciklərin çox yüksək kütləsi var (E=mc² düsturu ilə enerji ilə bağlıdır), buna görə də müasir sürətləndiricilərin imkanları belə bir hissəciyin “doğulması” üçün kifayət deyil. İkinci səbəb qaranlıq maddənin görünmə ehtimalının çox aşağı olmasıdır. Ola bilsin, biz onu dəqiq tapa bilmirik, çünki o, insan orqanizmi və bizə məlum olan hissəciklərlə son dərəcə zəif qarşılıqlı əlaqədədir. Qaranlıq maddə hər yerdə olsa da (hesablamalara görə) və onun hissəcikləri sözün həqiqi mənasında hər saniyə içimizdən keçir, biz bunu hiss etmirik.
Qaranlıq maddə hissəciklərini aşkar etmək üçün elm adamları lazımsız müdaxiləni minimuma endirmək üçün yerin altında yerləşən detektorlardan istifadə edirlər. Güman edilir ki, bəzən qaranlıq maddə hissəcikləri hələ də atom nüvələri ilə toqquşur, impulslarının bir hissəsini onlara ötürür, elektronları sıradan çıxarır və işıq parıltılarına səbəb olur. Belə toqquşmaların tezliyi qaranlıq maddə hissəciklərinin nüvə ilə qarşılıqlı təsir ehtimalından, onların konsentrasiyasından və nisbi sürətindən (Yerin Günəş ətrafında hərəkəti nəzərə alınmaqla) asılıdır. Ancaq eksperimental qruplar, bəzi təsirlər aşkar etsələr də, qaranlıq maddənin bu detektor reaksiyasına səbəb olduğunu inkar edirlər. Və yalnız Gran Sasso yeraltı laboratoriyasında işləyən DAMA italyan eksperimental qrupu, ehtimal ki, Yerin qalaktik gizli kütlə vasitəsilə hərəkəti ilə əlaqəli siqnalların hesablanması sürətində illik dəyişiklikləri müşahidə etdi.
© Foto: SuperCMDS Əməkdaşlıq
Bu təcrübədə detektorun daxilində işıq yanıb-sönmələrinin sayı və enerjisi bir neçə il ərzində ölçülür. Tədqiqatçılar bu cür hadisələrin say nisbətində zəif (təxminən 2%) illik dalğalanmaların olduğunu sübut etdilər.
İtalyan qrupu eksperimentlərin etibarlılığını inamla müdafiə etsə də, alimlərin bu məsələ ilə bağlı fikirləri kifayət qədər birmənalı deyil. İtalyan qrupunun əldə etdiyi nəticələrin əsas zəif tərəfi onların unikallığıdır. Məsələn, qravitasiya dalğaları aşkar edildikdə, onlar bütün dünyada laboratoriyalar tərəfindən aşkar edildi və bununla da digər qrupların əldə etdikləri məlumatları təsdiq etdilər. DAMA-da vəziyyət fərqlidir - dünyada heç kim eyni nəticələrin olması ilə öyünə bilməz! Təbii ki, bu qrupun daha güclü detektorları və ya özünəməxsus üsulları ola bilər, lakin eksperimentin bu unikallığı bəzi tədqiqatçılarda onun etibarlılığına dair şübhələr yaradır.
"Qran Sasso laboratoriyasında toplanan məlumatların nə ilə əlaqəli olduğunu hələ dəqiq söyləmək mümkün deyil. Hər halda, İtaliyadan bir qrup müsbət nəticə verdi, nəyisə inkar etmədi, bu artıq sensasiyadır. İndi siqnallar tapıldı. izahat axtarmaq lazımdır.Və bu, gizli kütlə modelinin yaradılmasına həsr olunmuş nəzəriyyələr də daxil olmaqla müxtəlif nəzəriyyələrin inkişafı üçün böyük stimuldur.Lakin bir alim əldə edilən məlumatların niyə heç bir şəkildə əlaqəli olmadığını izah etməyə çalışsa belə. qaranlıq materiyaya, bu, hələ də Təbiəti dərk etməkdə yeni bir addım ola bilər. Hər halda, nəticə var və biz işi davam etdirməliyik. Amma hazırda mən şəxsən qaranlıq maddənin tapıldığı ilə tam razılaşa bilmirəm”, - Konstantin şərh edir. Belotsky, MEPhI Milli Tədqiqat Nüvə Universitetinin Elementar hissəciklər fizikası şöbəsinin aparıcı elmi işçisi.
Qaranlıq maddə işıq yaymır və ya udmur, praktiki olaraq "adi" maddə ilə qarşılıqlı təsir göstərmir, elm adamları hələ bir "qaranlıq" hissəciyi tuta bilməyiblər. Ancaq onsuz bildiyimiz Kainat, hətta özümüz də mövcud ola bilməzdik. Oktyabrın 31-də qeyd olunan Qaranlıq Maddə Günündə (fiziklər qərara gəldilər ki, bu, qaranlıq və tutulmaz maddənin şərəfinə bayram təşkil etmək üçün doğru vaxtdır), N+1 Lebedev Fizika İnstitutunun Astrokosmik Mərkəzinin nəzəri astrofizika şöbəsinin müdiri Andrey Doroşkeviçdən qaranlıq maddənin nə olduğu və nə üçün bu qədər vacib olduğunu soruşdu.
N+1: Bu gün alimlər qaranlıq maddənin həqiqətən mövcud olduğuna nə dərəcədə əmindirlər?
Andrey Doroşkeviç:Əsas sübut kosmik mikrodalğalı fon radiasiyasının dalğalanmalarının müşahidələridir, yəni son 15 ildə WMAP və "" kosmik gəmisi tərəfindən əldə edilmiş nəticələrdir.
Onlar kosmik mikrodalğalı fonun temperaturun pozulmasını, yəni kosmik mikrodalğalı fon radiasiyasını yüksək dəqiqliklə ölçdülər. Bu pozğunluqlar ionlaşmış hidrogenin neytral atomlara çevrildiyi rekombinasiya dövründən bəri qorunub saxlanılmışdır.
Bu ölçmələr, çox kiçik, kelvinin on mində biri qədər dalğalanmaların olduğunu göstərdi. Ancaq bu məlumatları nəzəri modellərlə müqayisə etməyə başlayanda, qaranlıq maddənin varlığı istisna olmaqla, başqa bir şəkildə izah edilə bilməyən mühüm fərqləri kəşf etdilər. Bunun sayəsində onlar Kainatdakı qaranlıq və adi maddənin paylarını bir faiz dəqiqliklə hesablaya biliblər.
Plank teleskopundan məlumatların görünməsindən əvvəl və sonra Kainatda maddənin paylanması (soldan sağa)
Alimlər müşahidə olunan təsirləri izah etməyə çalışan MOND kimi dəyişdirilmiş cazibə nəzəriyyələrini yaradaraq, görünməz və hiss olunmayan qaranlıq maddədən xilas olmaq üçün bir çox cəhdlər etdilər. Niyə qaranlıq maddə modellərinə üstünlük verilir?
Vəziyyət çox sadədir: müasir Eynşteyn cazibə nəzəriyyəsi yer miqyasında yaxşı işləyir, peyklər bu nəzəriyyəyə ciddi uyğun olaraq uçur. Və kosmoloji miqyasda çox yaxşı işləyir. Və cazibə qüvvəsini dəyişən bütün müasir modellər hər şeyi izah edə bilməz. Onlar Nyuton qanununa qalaktika səviyyəsində qaranlıq maddənin təsirlərini izah etməyə kömək edən, lakin kosmoloji miqyasda işarəni qaçıran yeni sabitlər təqdim edirlər.
Qravitasiya dalğalarının kəşfi burada kömək edə bilərmi? Bəlkə bəzi nəzəriyyələri ləğv etməyə kömək edəcək?
Qravitasiya dalğalarının indi ölçdüyü şey elmi deyil, böyük texniki uğurdur. Onların mövcud olması 40 il əvvəl qoşa pulsardan qravitasiya radiasiyası aşkar edildikdə (dolayı yolla) məlum idi. Qravitasiya dalğalarının müşahidələri qara dəliklərin varlığını bir daha təsdiqlədi, baxmayaraq ki, əvvəllər buna şübhə etmirdik, amma indi az-çox birbaşa sübutlarımız var.
Effektin forması, gücdən asılı olaraq qravitasiya dalğalarının dəyişməsi bizə çox faydalı məlumat verə bilər, lakin biz cazibə nəzəriyyələrini təkmilləşdirmək üçün kifayət qədər məlumatımız olana qədər daha beş-on il gözləməliyik.
Qaranlıq maddənin tarixi 1933-cü ildə, astronom Fritz Zviki Koma Berenis bürcündə yerləşən çoxluqda qalaktikaların sürət paylanmasını tədqiq edərkən başladı. O, aşkar etdi ki, çoxluqdakı qalaktikalar çox sürətlə hərəkət edir və yalnız görünən maddə nəzərə alınsa, çoxluq sabit ola bilməz - qalaktikalar sadəcə olaraq müxtəlif istiqamətlərə səpələnmiş olardı.
16 fevral 1933-cü ildə nəşr olunan bir məqalədə Zwicky, onların görünməz cazibə qüvvəsi olan Dunkle Materie tərəfindən bir yerdə tutulduğunu irəli sürdü.
Bir az sonra digər astronomlar qalaktikaların "görünən" kütləsi ilə onların hərəkət parametrləri arasındakı uyğunsuzluğu təsdiqlədilər.
1958-ci ildə sovet astrofiziki Viktor Ambartsumyan Zviki paradoksu ilə bağlı öz həllini təklif etdi. Onun fikrincə, qalaktika klasterlərində onları cazibə qüvvəsi ilə saxlayacaq heç bir görünməz maddə yoxdur. Biz sadəcə olaraq dağılma prosesində olan klasterləri müşahidə edirik. Lakin əksər astronomlar bu izahı qəbul etmədilər, çünki bu halda çoxluqların ömrü bir milyard ildən çox olmayacaq və Kainatın ömrünün on dəfə çox olduğunu nəzərə alsaq, bu günə qədər sadəcə olaraq çoxluq qalmayacaq.
Qaranlıq maddənin ümumi qəbul edilmiş anlayışı ondan ibarətdir ki, WIMP-lərdən, adi maddə hissəcikləri ilə az qarşılıqlı təsirə malik olan kütləvi hissəciklərdən ibarətdir. Onların xassələri haqqında nə deyə bilərsiniz?
Onların kifayət qədər böyük kütləsi var - və demək olar ki, hamısı, hətta dəqiq kütlənin adını belə deyə bilmərik. Onlar uzun məsafələri toqquşmadan qət edirlər, lakin onlarda olan sıxlıq pozğunluqları hətta nisbətən kiçik miqyasda da sönmür - bu gün modellər üçün bizə lazım olan yeganə şeydir.
CMB bizə qaranlıq maddənin xüsusiyyətlərini böyük miqyasda, qalaktika qrupları miqyasında verir. Lakin kiçik qalaktikaların miqyasına “aşağı enmək” üçün biz nəzəri modellərdən istifadə etməyə məcbur oluruq.
Kiçik qalaktikaların mövcudluğu onu deməyə əsas verir ki, hətta nisbətən kiçik miqyaslarda belə, Böyük Partlayışdan qısa müddət sonra ortaya çıxan nizamsızlıqlar var idi. Bu cür qeyri-homogenliklər sönə və hamarlaşa bilər, lakin biz əminik ki, onlar kiçik qalaktikalar miqyasında solmur. Bu onu göstərir ki, bu qaranlıq maddə hissəcikləri bu pozğunluqların davam etməsi üçün xüsusiyyətlərə malik olmalıdır.
Ulduzların yalnız qaranlıq maddə sayəsində yarana biləcəyini söyləmək düzgündürmü?
Həqiqətən yox. Qaranlıq maddə olmadan qalaktikalar yarana bilməz və ulduzlar qalaktikalardan kənarda yarana bilməz. Qaranlıq maddədən fərqli olaraq, baryonlar həmişə isti olur və kosmik mikrodalğalı fon radiasiyası ilə qarşılıqlı təsir göstərir. Buna görə də, onlar müstəqil olaraq ulduzlara yığıla bilməzlər; ulduz kütləsi baryonlarının cazibə qüvvəsi onların təzyiqini aşa bilməz.
Qaranlıq maddə hissəcikləri baryonları qalaktikalara çəkən görünməz sement rolunu oynayır və sonra onlarda ulduz əmələ gəlməsi prosesi başlayır. Baryonlardan altı dəfə çox qaranlıq maddə var; o, "rəhbərlik edir" və baryonlar yalnız onu izləyir.
Ksenon qaranlıq maddə hissəcik detektoru XENON1T
Xenon100 əməkdaşlığı
Ətrafımızda çoxlu qaranlıq maddə varmı?
Hər yerdə var, yeganə sual nə qədər olmasıdır. Qalaktikamızda qaranlıq maddənin kütləsinin 10 faizdən bir qədər az olduğuna inanılır.
Ancaq artıq Qalaktikanın yaxınlığında daha çox qaranlıq maddə var, həm bizim, həm də digər ulduz sistemlərinin ətrafında mövcudluğun əlamətlərini görə bilərik. Təbii ki, biz bunu baryonlar sayəsində görürük, müşahidə edirik və başa düşürük ki, onlar yalnız qaranlıq maddənin olması səbəbindən orada “yapışırlar”.
1980-ci illərin sonlarından bəri fiziklər ayrı-ayrı qaranlıq maddə hissəciklərinin toqquşmasını ələ keçirmək üçün yerin dərinliklərindəki obyektlərdə təcrübələr aparırlar. Son 15 il ərzində bu eksperimentlərin kollektiv həssaslığı hər il orta hesabla iki dəfə artaraq eksponent olaraq artmışdır. İki böyük əməkdaşlıq, XENON və PandaX-II, bu yaxınlarda yeni, daha həssas detektorları işə saldı.
Onlardan birincisi dünyanın ən böyük qaranlıq maddə detektoru olan XENON1T-ni qurdu. O, 10 metr hündürlüyündə su çəninə yerləşdirilmiş maye ksenondan hazırlanmış 2000 kiloqramlıq hədəfdən istifadə edir. Bütün bunlar Gran Sasso Milli Laboratoriyasında (İtaliya) 1,4 kilometr dərinlikdə yerin altında yerləşir. PandaX-II qurğusu Çinin Sıçuan əyalətində 2,4 kilometr dərinlikdə basdırılıb və 584 kiloqram maye ksenondan ibarətdir.
Hər iki təcrübədə ksenondan istifadə olunur, çünki o, son dərəcə inertdir və bu, səs-küy səviyyəsini aşağı səviyyədə saxlamağa kömək edir. Bundan əlavə, ksenon atomlarının nüvələri nisbətən ağırdır (hər nüvədə orta hesabla 131 nuklon ehtiva edir), bu da qaranlıq maddə hissəcikləri üçün "daha böyük" hədəfi təmin edir. Bu hissəciklərdən biri ksenon atomunun nüvəsi ilə toqquşarsa, zəif, lakin hiss olunan işıq parıltısı (parıldama) və elektrik yükünün əmələ gəlməsinə səbəb olacaqdır. Hətta az sayda belə hadisələri müşahidə etmək bizə qaranlıq maddənin təbiəti haqqında mühüm ipucu verə bilər.
İndiyə qədər nə bu, nə də hər hansı digər təcrübələr qaranlıq maddə hissəciklərini aşkar edə bilməyib, lakin bu səssizlik qaranlıq maddə hissəciklərinin adi maddə hissəcikləri ilə toqquşma ehtimalının yuxarı həddini təyin etmək üçün istifadə edilə bilər.
Qaranlıq maddə hissəcikləri normal maddə hissəcikləri kimi yığınlar əmələ gətirə bilərmi?
Onlar edə bilərlər, amma bütün sual hansı sıxlıqdır. Astrofizika nöqteyi-nəzərindən qalaktikalar sıx cisimlərdir, onların sıxlığı kub santimetr üçün bir proton, ulduzlar isə hər kub santimetr üçün bir qram sıxlığı olan sıx cisimlərdir. Amma onların arasında 24 böyüklük fərqi var. Tipik olaraq, qaranlıq maddə buludları "qalaktik" sıxlığa malikdir.
Çox sayda insanın qaranlıq maddə hissəciklərini axtarmaq şansı varmı?
Onlar neytrinolarda olduğu kimi, ayrı-ayrı qaranlıq maddə hissəciklərinin adi maddənin atomları ilə qarşılıqlı təsirini tutmağa çalışırlar. Amma onları tutmaq çox çətindir və hətta bunun mümkün olması da fakt deyil.
CERN-dəki CAST (CERN Axion Solar Telescope) teleskopu qaranlıq maddəni təşkil edə biləcək hipotetik hissəcikləri - aksionları axtarır.
Ola bilsin ki, qaranlıq maddə ümumiyyətlə "güzgü" adlanan hissəciklərdən ibarətdir, prinsipcə, onları yalnız cazibə qüvvəsi ilə müşahidə etmək olar. İkinci "güzgü" Kainat fərziyyəsi yarım əsr əvvəl irəli sürüldü; bu, reallığın bir növ ikiqat artmasıdır.
Yalnız kosmologiyadan real müşahidələrimiz var.
Sergey Kuznetsov müsahibə verib
Fizikada Standart Model adlanan nəzəri konstruksiya elmə məlum olan bütün elementar hissəciklərin qarşılıqlı təsirini təsvir edir. Lakin bu, Kainatda mövcud olan maddənin yalnız 5%-i, qalan 95%-i isə tamamilə naməlum xarakter daşıyır. Bu hipotetik qaranlıq maddə nədir və elm adamları onu necə aşkar etməyə çalışırlar? Bu barədə MIPT tələbəsi, Fizika və Astrofizika kafedrasının əməkdaşı Hayk Akopyan xüsusi layihə çərçivəsində danışır.
Hiqqs bozonunun kəşfindən sonra nəhayət təsdiqlənmiş elementar hissəciklərin Standart Modeli bildiyimiz adi hissəciklərin: leptonlar, kvarklar və qüvvə daşıyıcıları (bozonlar və qlüonlar) arasında əsas qarşılıqlı təsirləri (elektrik zəif və güclü) təsvir edir. Ancaq belə çıxır ki, bütün bu nəhəng kompleks nəzəriyyə bütün maddələrin yalnız 5-6%-ni təsvir edir, qalanları isə bu modelə uyğun gəlmir. Kainatımızın ən erkən anlarının müşahidələri bizə göstərir ki, bizi əhatə edən maddənin təxminən 95%-i tamamilə naməlum bir təbiətə malikdir. Yəni cazibə təsirinə görə bu gizli maddənin varlığını dolayısı ilə görürük, lakin hələ də birbaşa tuta bilməmişik. Bu gizli kütləvi fenomenin kod adı “qaranlıq maddə”dir.
Müasir elm, xüsusən də kosmologiya Şerlok Holmsun deduktiv metodu ilə işləyir
İndi WISP qrupundan əsas namizəd güclü qarşılıqlı təsir nəzəriyyəsində yaranan və çox kiçik kütləyə malik olan aksiondur. Belə bir hissəcik yüksək maqnit sahələrində foton-foton cütlüyünə çevrilə bilir ki, bu da onu necə aşkar etməyə cəhd edə biləcəyinə dair göstərişlər verir. ADMX təcrübəsi 80.000 qauss (bu, Yerin maqnit sahəsindən 100.000 dəfə böyükdür) maqnit sahəsi yaradan böyük kameralardan istifadə edir. Nəzəri olaraq, belə bir sahə detektorların tutmalı olduğu bir foton-foton cütlüyünə aksionun parçalanmasını stimullaşdırmalıdır. Çoxsaylı cəhdlərə baxmayaraq, WIMP-ləri, aksionları və ya steril neytrinoları aşkar etmək hələ mümkün olmayıb.
Beləliklə, biz gizli kütlənin qəribə mövcudluğunu izah etməyə çalışan çoxlu sayda müxtəlif fərziyyələri gəzdik və müşahidələrin köməyi ilə bütün mümkün olmayanları rədd edərək, artıq işləyə biləcəyimiz bir neçə mümkün fərziyyəyə gəldik.
Elmdə mənfi nəticə də nəticədir, çünki hissəciklərin müxtəlif parametrlərinə məhdudiyyətlər verir, məsələn, mümkün kütlələrin diapazonunu aradan qaldırır. İldən-ilə sürətləndiricilərdə daha çox yeni müşahidələr və təcrübələr qaranlıq maddə hissəciklərinin kütləsi və digər parametrləri üzrə yeni, daha sərt məhdudiyyətlər təmin edir. Beləliklə, bütün qeyri-mümkün variantları kənara ataraq və axtarış dairəsini daraltmaqla, gündən-günə Kainatımızdakı maddənin 95%-nin nədən ibarət olduğunu anlamağa yaxınlaşırıq.
