Ученые нашли еще один способ регистрировать элементарные частицы, включая и гипотетические частицы темной материи. Новая разработка использует жидкость, которая в метастабильном состоянии может моментально замерзать.
В пользу существования темной материи говорит множество косвенных свидетельств, но напрямую ее частицы не зарегистрировали до сих пор. За несколько десятков лет поисков физики попробовали множество разных подходов, проверяя как разные гипотезы о природе темной материи как таковой, так и разные методы детектирования. На ежегодной встрече Американского физического общества ученые из США предложили еще один способ — использовать переохлажденную воду.
Переохлажденная вода представляет собой обычную H2O, которая, однако, остается жидкой при температуре ниже нуля по Цельсию. В таком метастабильном состоянии вода может оказаться, если стенки сосуда, в котором она находится, очень гладкие, а сама она не содержит посторонних частиц. Метастабильное состояние при любом незначительном вмешательстве быстро превращается в стабильное, поэтому переохлажденная вода замерзает, даже если в нее попадет любая пылинка.
Аналогичным образом ведут себя иные метастабильные субстанции: любую жидкость можно не только переохладить, но и перегреть. В последнем случае для закипания хватит даже одной элементарной частицы. Устройство, в котором перегретая жидкость позволяет наблюдать за элементарными частицами, известно как пузырьковая камера — это один из стандартных детекторов в арсенале физиков.
Исследователи из Университета штата Нью-Йорк в Олбани предложили использовать для регистрации частиц камеру с переохлажденной водой. Они изготовили небольшой (всего 22 миллилитра в объеме) прототип из полого кварцевого цилиндра с очищенной водой, термостата и цифровой видеокамеры.
Используя различные радиоактивные вещества, ученые показали, что их прибор может реагировать на элементарные частицы. Причем, что самое важное, опыты выявили избирательность детектора: он реагировал на нейтронное облучение, но игнорировал гамма-лучи. Это свойство ученые раньше на практике не отмечали, хотя саму способность частиц замораживать метастабильную жидкость описали еще в середине прошлого века.
Физики отмечают, что, варьируя температуру переохлажденной воды, можно регулировать чувствительность такого детектора, и подчеркивают, что теоретически подобный прибор можно сделать и на основе иных жидкостей.
Предварительные расчеты показывают, что при повышении чувствительности в тысячу раз (на самом деле это очень много, но первые опыты показывают, что вполне возможно) детектор на замерзающей воде сможет превзойти ряд существующих приборов, причем для этого не нужно будет сооружать многотонную установку, как в случае с другими детекторами.
