How to build a dark matter detector - Jenna Saffin

Переводчик: Ростислав Голод Редактор: Anna Pecot

More than two kilometers below the surface of northern Ontario,

На севере провинции Онтарио на глубине более двух тысяч метров

suspended in 345,000 liters of ultra-pure water,

в бассейне с чистейшей водой объёмом 345 000 литров подвешена сфера,

there’s a perfect sphere.

имеющая идеальную форму.

It contains 3600 kilograms of liquid argon,

В ней содержится 3 600 кг жидкого аргона,

cooled to -180 degrees Celsius.

охлаждённого до -180°C.

Scientists continuously monitor this chamber from above ground,

С поверхности за сферической камерой ведут постоянное наблюдение учёные,

looking for a glimmer of light in the darkness.

которые ищут «луч света в тёмном царстве».

Because down here,

Они надеются найти его именно здесь, глубоко в недрах Земли за водяным щитом.

deep beneath the Earth’s surface and cocooned in a watery shield,

Если это произойдёт,

that light would indicate the presence of one of the universe’s greatest mysteries:

этот свет будет означать присутствие одной из величайших загадок Вселенной —

dark matter.

тёмной материи.

All the matter we can see, planets, stars and galaxies,

Вся видимая нам материя, включая планеты, звёзды и галактики,

doesn’t create enough gravitational pull

не обладает достаточной силой притяжения

to explain the universe’s larger structure.

для таких размеров Вселенной.

It’s dark matter, which is estimated to make up 25% of the known universe.

Есть предположение, что тёмная материя составляет 25% известной нам Вселенной.

Но несмотря на её вездесущность,

But despite its prevalence,

so far we haven’t been able to detect it directly.

обнаружить тёмную материю никому не удавалось.

It’s no small challenge.

Задача эта не из лёгких.

Dark matter was so named because it doesn’t interact with any type of light,

Тёмную материю назвали так потому, что она не взаимодействует

ни с одним типом света — видимым или невидимым, —

visible or otherwise,

which means our usual observation tools

а это значит, что её невозможно обнаружить

simply don’t work when trying to observe it.

с помощью обычных наблюдательных инструментов.

But while dark matter may not be visible in the electromagnetic spectrum,

И хотя тёмная материя не видна ни в одном диапазоне электромагнитного спектра,

it’s still matter,

это всё же материя,

so we should be able to measure its interactions with other matter.

поэтому её взаимодействие с другими материями как-то должно проявить себя.

And if our current model of physics is correct,

И если наши представления о моделях физических явлений верны,

billions of sub-atomic dark matter particles

ежесекундно через нашу планету проходят

are passing through the Earth every second.

миллиарды субатомных частиц тёмной материи.

Despite the prevalence of dark matter,

Несмотря на вездесущность тёмной материи,

its interactions are predicted to be rare and extremely weak.

её взаимодействие с другими материями, вероятно, окажется редким и очень слабым.

To detect these interactions,

Чтобы его обнаружить, проводятся

dark matter experiments need to be incredibly sensitive.

сложнейшие опыты с использованием очень чувствительного оборудования.

With such sensitive equipment,

При такой чувствительности

the ever-present background radiation on Earth’s surface

фоновое излучение на поверхности Земли

would create so much noise in the data

будет создавать много помех,

that any dark matter particles would be completely overwhelmed.

в результате чего частицы тёмной материи станут неразличимы.

It would be like trying to hear a pin drop on a busy city street.

Это как если бы мы попытались услышать на шумной улице звук падающей иголки.

To solve this problem,

Чтобы исключить помехи,

scientists have had to dig deep into the Earth.

учёные решили проводить опыты с тёмной материей

Dark matter experiments are set up in specialized underground labs,

глубоко под землёй: в специальных подземных лабораториях,

either in mines or inside mountains.

расположенных в шахтах или внутри горных массивов.

The rock that makes up the Earth’s crust works like a filter,

Твёрдые породы, из которых состоит земная кора, действуют как фильтр,

absorbing radiation and stopping disruptive particles.

поглощая излучение и предотвращая помехи.

The ultra-pure water in which the detector is suspended

Дополнительным слоем, поглощающим радиацию, является вода,

которая прошла все ступени очистки и в которой подвешен детектор.

adds an additional layer of radiation filtering.

This shielding ensures that only the particles scientists are looking for

Столь непроницаемая броня служит залогом, что в детектор попадут лишь те частицы,

can make their way into the detectors.

которые пытаются обнаружить учёные.

Once these particles reach an experiment’s inner vessel,

Как только частицы окажутся внутри сосуда,

scientists have a chance of detecting them.

у учёных появится шанс их идентифицировать.

The detector media are chosen because they’re exquisitely sensitive detectors

Реагенты для датчиков выбирают очень тщательно: они должны быть

не только сверхчувствительными, но и легко очищаться.

that can be purified extremely well.

These could be a liquid noble gas,

Это может быть жидкий инертный газ,

germanium

германий

and silicon crystals,

и кристаллический кремний,

a refrigerant,

холодильный агент

or other materials.

или другие материалы.

When radiation interacts, it leaves tell-tale signs,

Под воздействием радиации они оставляют характерные следы,

such as light or bubbles,

например, свечение или пузырьки,

which can be picked up by the sensors inside the detector.

которые могут улавливаться датчиками внутри детектора.

The detector media are held in a central chamber made of glass

Реагенты помещают в центральную камеру, сделанную из стекла

or a special type of acrylic.

или специального акрила.

These chambers have to be able to hold the substance inside

Эти камеры должны удерживать внутри все вещества,

without interacting with it

не вступая с ними в реакцию,

while withstanding incredible pressure from the water outside.

и в то же время выдерживать сильное давление воды снаружи.

The inner vessel is surrounded by powerful sensors

Внутренний сосуд окружают сверхчувствительные датчики,

designed to detect even the tiniest blips of light,

способные улавливать мельчайшие блики света

or the sound vibrations caused by a single bubble.

или звуковые вибрации,

вызванные появлением даже малейшего пузырька.

Each sensor records data 24/7,

Данные с датчиков записываются круглосуточно,

and experiments run for months and years at a time,

а каждый эксперимент может длиться месяцами, а то и годами,

generating terabytes of data every day.

ежедневно порождая терабайты данных.

Building dark matter detectors is as much a feat of engineering

Создание детекторов тёмной материи — величайшее достижение техники и физики.

as it is a feat of physics.

By the time an experiment is ready to start collecting data,

Чтобы приступить к проведению опытов и сбору данных,

years or decades of work and investment have already gone into it,

потребовались десятилетия для завершения предварительной работы,

to the tune of tens of millions of dollars.

а также огромные инвестиции в размере десятков миллионов долларов США.

As of 2017, no dark matter particles have been directly detected.

По состоянию на 2017 год ни одной частицы тёмной материи обнаружено не было,

That’s not entirely surprising.

что, впрочем, неудивительно.

Physicists expect these interactions to be incredibly rare and difficult to detect.

Физики считают, что тёмная материя вступает во взаимодействие крайне редко

и его очень трудно уловить.

Как бы то ни было, учёные продолжают разрабатывать новые технологии

In the meantime,

scientists continue to develop new technologies

and increase detector sensitivity,

и повышать чувствительность датчиков,

closing in on where dark matter is hiding.

приближая нас к разгадке тёмной материи.

And when they find it,

И когда это случится,

we’ll finally be able to bring the universe’s darkest secrets into the light.

мы сможем пролить свет на самые тёмные тайны Вселенной.