Чем заняты китайские ученые в самой глубокой подземной лаборатории планеты?
Крупнейшая в мире подземная лаборатория CJPL-II находится в горах Цзиньпин на юге центральной части КНР. Комплекс площадью 330 тыс. м² расположен на глубине 2 400 метров. Это лучшее место для того, чтобы «поймать» и изучить темную материю — гипотетическое вещество, которое, как считается, составляет более 80 % массы Вселенной.
Гравитация, создаваемая видимой материей, слишком слаба, чтобы удержать быстро движущиеся галактики от разлета, — этот довод был главным для ученых, выдвинувших теорию о существовании темной материи, скрепляющей Вселенную по принципу невидимого клея. Найти ее — задача специалистов, которые трудятся в горах Цзиньпин. Точнее, под ними.
Первый участок подземной лаборатории CJPL-I был открыт в 2010 году. С тех пор ее расширили в 50 раз, появилось несколько соединительных туннелей, четыре больших экспериментальных зала и две ямы для защитных резервуаров под полом залов. В итоге Цзиньпин по своим объемам превзошел предыдущего рекордсмена — Национальную лабораторию Гран-Сассо (LNGS) в Италии.
Поиски темной материи осложняются тем, что она не поглощает, не отражает и не излучает свет, что делает ее чрезвычайно трудной для обнаружения. Но на огромной глубине, где спрятана китайская лаборатория, блокируется большинство лучей, падающих на Землю из космоса и способных заглушить потенциальные сигналы темной материи.
Ученые считают, что темная материя оказывает гравитационное воздействие на видимую материю. Раскрытие этой тайны может помочь исследователям лучше понять состав нашей Вселенной и то, как галактики держатся вместе.
Ученые знают, что частица темной материи — стабильная и электрически нейтральная, но ее масса до сих пор неизвестна Фото: © NASA / ESA / the Hubble Heritage Team (STScI/AURA) / A. Nota (ESA/STScI) / the Westerlund 2 Science Team
Глубина лаборатории CJPL-II, соответствующая эквивалентному слою воды, — 6 720 метров. Это значит, что она подвергается воздействию только 0,000001 % космических лучей, которые доходят до земной поверхности. Ее стены покрыты защитным щитом из смеси резины, бетона и других материалов. Он блокирует воду и радиоактивный газ радон, который может просачиваться из породы и мешать экспериментам по обнаружению темной материи.
Лучшие физики Поднебесной проводят в подземной лаборатории два больших эксперимента — по темной материи (China Dark Matter Experiment, или CDEX) и по частицам и астрофизическому ксенону для темной материи PandaX.
В лабораторию можно попасть не только сверху, есть и горизонтальный туннель для автомобилей
Фото: © annualreviews.org
В Университете «Сириус» лабораторный комплекс находится не под землей, но там тоже есть чем похвастаться. Это крупнейший подобный объект в России в области наук о жизни. На 7 500 м² расположились 93 оснащенные передовым оборудованием лаборатории. В них без малого 2 тыс. современных устройств, аппаратов и приборов, 200 из которых уникальны. И это только первая готовая очередь комплекса.
При его возведении тоже пришлось решать немало нетривиальных задач. К примеру, строители были вынуждены демонтировать часть фасада здания, чтобы транспортировать в лабораторию большие, размером с человека, климатические камеры-фитотроны для культивирования генно-редактированных растений. Кроме того, проект предполагал очень большую «заразную зону» — помещения, где можно проводить генетическую трансформацию непатогенных микроорганизмов, не покидая при этом единого контура биологической безопасности.
Руководитель лабораторного комплекса Университета «Сириус» Антон Чувашов Фото: Пресс-служба «Сириуса»
«Для этого потребовалось спроектировать и реализовать систему контроля допуска, обеспечить регламентированные перепады давления между помещениями различного назначения, фильтрацию воздуха, подготовку воды, обработку стоков и отходов — все для того, чтобы исключить риски попадания микроорганизмов за пределы лаборатории. Это очень комплексные и масштабные системы. Например, система термической обработки стоков занимает отдельно стоящее здание», — рассказал «Сириус(Журналу» руководитель лабораторного комплекса Университета «Сириус» Антон Чувашов.
Чтобы еще лучше защитить лабораторию от вмешательства случайных частиц, внутрь резервуара с водой объемом 900 кубометров поместили детектор PandaX-4T. Сейчас он содержит 4 тонны жидкого ксенона, а конечная цель команды — создать ксеноновый детектор объемом 40–50 тонн. Для сравнения: в подземном исследовательском центре Сэнфорда в Южной Дакоте потенциальные частицы темной материи сталкивают с атомами ксенона в детекторах по 8,6 и 7 тонн.
Другая команда работает с германиевым детектором, который нацелен на потенциальные частицы темной материи с еще меньшей массой, чем те, которые ищут в экспериментах с ксеноном. Если такая частица врежется в детектор, возникнет заряд, преобразующийся в электрический сигнал. И с этого момента начнется самое интересное.
Не забудьте подписаться на наш Telegram-канал или группу «ВКонтакте», чтобы ничего не пропустить!
Китай намерен разыскать «темную материю»
Читать
