Тончайшее несовершенство, что порождает всё. Долгий путь частице Бога и Новая физика, которая изменит мир

Повсюду, даже в самых негостеприимных местах нашей планеты, неустанно работают целые команды, отправившиеся за новым знанием.

Весь мир участвует в охоте за темной материей, приближая разгадку одной из величайших тайн. Исследований на ускорителях недостаточно, чтобы распознать всевозможные покровы, под которыми может прятаться эта странная разновидность материи. И потому изготавливается сверхчувствительная аппаратура, способная идентифицировать сигналы от взаимодействия этих частиц с обычной материей. Это редчайшие события, и выделения энергии при этом самые незначительные, так что приходится изобретать криогенные детекторы, работающие при температурах в непосредственной близости от абсолютного нуля, но умеющие уловить ничтожное количество теплоты, выделившейся при столкновении частицы темной материи со сверхчистым кристаллом, к примеру, германия. И разрабатывается технология выращивания таких кристаллов со сведением на нет любых примесей. Или же ищутся слабые вспышки света – когда какая‑то из этих частиц сталкивается с атомом какого‑то инертного газа (аргона или ксенона). И физики собирают этот газ, чтобы сжижать его тоннами, и придумывают новые методы его дистилляции, доводя его чистоту до предела. Вещества, используемые как сенсоры, должны быть избавлены от любых загрязнений, чтобы какой‑нибудь случайный радиационный распад в случайной примеси не замаскировал ожидаемое событие. Наконец, чтобы свести к минимуму путаницу, вызываемую бомбардирующими Землю космическими лучами, аппаратура устанавливается в заброшенных шахтах или в подземных лабораториях, защищенных километрами горной породы; такие лаборатории появляются и в Северной Америке, и в Европе, и в Китае.

Дабы ничто не осталось незамеченным, аппараты также запускают в космос – чтобы следить за косвенными признаками. Там, в сотнях километров от Земли, проще всего заметить аномальное образование каких‑нибудь редких частиц, например позитронов, которые могли бы указывать на процессы аннигиляции частиц темной материи между собой.

В ближайшие десятилетия, благодаря сочетанию прямых и косвенных наблюдений в ускорителях, подземных лабораториях и на спутниках, темной материи будет все более сложно скрываться от нас. И легко предположить, что еще до середины века эта, одна из самых интригующих загадок природы, окажется разгаданной.

Чтобы добраться до сути темной энергии, было также запущено несколько новых проектов. Один из наиболее интересных среди них, “Обзор темной энергии” (DES – Dark Energy Survey), начал собирать данные пару лет назад[63]. В основе эксперимента – широкоугольная цифровая фотокамера, которая, благодаря присоединенному к ней телескопу, позволяет наблюдать одновременно много далеких галактик и следить за их движением. Эта новейшая камера на 570 мегапикселей снабжена десятками связанных друг с другом сенсоров, наиболее чувствительных к градациям красного цвета, который играет самую важную роль при визуализации наиболее удаленных галактик. Чтобы исключить всякие возмущения при восстановлении изображений, камера работает в вакууме и при температуре –100 °C, а в системе восстановления изображений используется подавление шумов. Камера располагается в фокальной плоскости телескопа-рефлектора с четырехметровым зеркалом, который находится в Андах на горе Серро-Тололо, на высоте 2 200 метров над уровнем моря, в 460 километрах к северу от Сантьяго‑де-Чили. Тамошние условия почти идеальны для того, чтобы время от времени наблюдать небольшой участок неба, реконструируя изображения тысяч находящихся там галактик. За пять лет наблюдений предполагается изучить триста миллионов галактик, расположенных в миллиардах световых лет от нас[64]. Эпоха точных измерений темной энергии уже началась.

Понять секреты далеких катастроф

И вот наконец мы добрались до краеугольного камня всех наших проблем: нам надо понять, что из себя представляет самое очевидное, но и самое неуловимое из всех взаимодействий – гравитация. Столетия спустя после Галилея и Ньютона поколения физиков не перестают задаваться вопросами об этой столь привычной для нас всех силе и о роли, сыгранной ею в первые мгновения жизни Вселенной. Гравитация до сих пор, причем весьма успешно, уворачивается от любых попыток применить к ней те же правила, которые позволили разобраться со всеми другими взаимодействиями: квант этого взаимодействия, гравитон, остается таинственной частицей; никому все еще не удалось ни зарегистрировать гравитационные волны, ни построить убедительной теории квантовой гравитации. Но прогресс в этой области идет быстро, так что великие открытия не заставят себя ждать.