
Тя е най-голямата и най-дълбоката създавана някога
На около 2400 метра под планините Дзинпин в югозападен Китай отворя врати най-дълбоката и най-голяма подземна лаборатория в света. Огромното пространство е дом на учени, които преследват тъмната материя. Това е хипотетичното вещество, за което се смята, че съставлява повече от 80% от масата във Вселената.
Китайската подземна лаборатория Jinping (CJPL) е открита през 2010 г. След три години строителство нейната втора фаза CJPL-II, влезе в експлоатация през декември 2023 г. С разтегателен капацитет от 330 000 кубични метра, сега тя надминава Националната лаборатория Гран Сасо (LNGS) в Л’акуила, Италия. Това беше предишният рекордьор както по дълбочина, така и по обем.
Допълнителното пространство позволява надграждане на експерименти с частици, астрофизичния ксенон (PandaX) и китайския експеримент с тъмна материя (CDEX). Всичко това се случва само за едно десетилетие.
Пълна загадка
Тъмната материя остава научна загадка. Физиците са изчислили, че гравитацията генерирана от видимата материя е твърде слаба, за да попречи на бързо движещите се галактики да се разлетят. Те теоретизираха тъмната материя като невидимото лепило, което държи Вселената заедно. Въпреки че тъмната материя трябва да е навсякъде, трудно е да се наблюдава директно. Тя почти не взаимодейства с обикновената материя и не излъчва, отразява или абсорбира светлина.
Научната слава очаква онези, които първи открият тъмната материя и това продължаващо търсене е едно от най-големите усилия във физиката на елементарните частици.
Светлина под планината
Най-доброто място за търсене на тъмна материя е под земята. Там слоевете скални детектори предпазват от фонов шум, като и космически лъчи. Това са високоенергийни частици, които се изсипват на Земята от космоса. Те могат да заглушат потенциални сигнали от тъмна материя. Опитът да се открие тъмна материя на повърхността на Земята е като да се опитвате да чуете тихия глас на дете на стадион, където всички викат.
Под земята CJPL-II е изложена на космически лъчи при 0,000001% от скоростта на земната повърхност. Това я прави една от най-добре защитените подземни лаборатории в света. Стените й са покрити със защитен щит с дебелина 10 сантиметра. Той е направен от смес от каучук, бетон и други материали, които блокират водата и радиоактивния газ радон. Последният може да проникне от заобикалящата скала и да попречи на експериментите за откриване на тъмна материя.
Изследователските екипи на съоръжението вече използват допълнителното пространство. Докато CJPL-II се изгражда, екипът на PandaX надстрои своя детектор от капацитет от 120 килограма течен ксенон до 4 тона. Когато потенциална частица тъмна материя се сблъска с атом на ксенон, нейната енергия трябва да се преобразува в проблясъци на светлина, които могат да бъдат открити от фотосензори.
Детекторът PandaX-4T се намира в резервоар с вода от 900 кубически метра за допълнителна защита. Крайната цел на екипа е да изгради ксенонов детектор с капацитет от 40-50 тона, който би съперничил на европейския експеримент DARWIN.
Междувременно екипът на CDEX също е разположил германиев детектор, който се насочва към потенциални частици тъмна материя с дори по-ниска маса от тези, които търсят експериментите с ксенон. Детекторът CDEX е подобрен от капацитет от 1 килограм на 10 килограма германий. Има планове за изграждане на детекторна матрица, която съдържа един тон. Ако частица от тъмна материя се удари в този детектор, взаимодействието трябва да произведе заряди, които ще бъдат преобразувани в електрически сигнали.
Силна конкуренция
Въпреки че търсенето на тъмна материя е конкурентно в световен мащаб, наличието на няколко подземни лаборатории по света провеждащи подобни експерименти, позволява на изследователите да сравняват резултатите си. През 2022 г. екипът на PandaX успя да потвърди резултатите от експеримента XENON на LNGS. При тях се установи, че изненадващ сигнал, открит от XENON през 2020 г., е от фонов шум, а не от тъмна материя.
През следващото десетилетие екипите на CJPL-II ще продължат да подобряват чувствителността на своите детектори. Глобалната общност за изследване на тъмната материя ще сподели и комбинира набори от данни CJPL-II за по-добри постижения.