Загадочное нечто: чем занимаются в современных подземных лабораториях

В подземной лаборатории в Гран-Сассо, которая находится в 120 км от Рима (Италия), в ходе эксперимента ученые обнаружили "самое загадочное нечто во Вселенной".

Лаборатория расположена на глубине около 1,4 км под горой Аквила. Ее построили под землей, чтобы оградить разработки от космического излучения, которое постоянно оказывает воздействие на поверхность Земли. Внутри научного бункера находится 3,5-тонный бак с ксеноном. Там газ подвергают влиянию электричества, в итоге получается детектор заряженных частиц.

При столкновении заряженных частиц с атомами ксенона происходит электролюминесценция, то есть при ударе отлетают фотон и электрон. За год, по идее, в баке число столкновений ксенона с известными науке частицами равняется 232 ± 15.

Однако эксперимент показал 285 вспышек электролюминесценции с 2017 по 2018 год. Ученые пришли к выводу, что в лишних случаях с атомами газа сталкивалось "загадочное нечто", которым, по мнению исследователей, являются частицы темной материи.

Научные сотрудники Института Кавли не сомневаются, что это была именно темная материя. Они считают, что она состоит из частиц-хамелеонов, которые способны изменять свои свойства в зависимости от условий внешней среды.

В современном мире все большую популярность обретают подземные лаборатории. Во-первых, в бункере можно создать необходимые условия для экспериментов, настроив температуру, влажность, свет и т.д. Во-вторых, там проще заниматься изучением физических процессов. Поэтому сейчас активно возводят новые научные подземные комплексы. Какие лаборатории-бункеры существуют? И чем там занимаются?

Подземная лаборатория Модан

Многопрофильная лаборатория расположена во французском городе Модан, посередине автомобильного туннеля Фрежюс на глубине 1700 метров. Центр основан в 1982 году. В нем проводят эксперименты в области ядерной физики, физики элементарных частиц и астрочастиц, биологии, нано- и микроэлектроники, а также наук об окружающей среде.

Управляет лабораторией Национальный центр научных исследований Франции и Университета Гренобля-Альп. В основе фундаментальной деятельности лежат проекты SuperNEMO и EDELWEISS, первый направлен на изучение нейтринной физики, а второй – на выявление темной материи.

В этом научном центре проводят и международные эксперименты при сотрудничестве с Объединенным институтом ядерных исследований из российского наукограда Дубны и Чешским техническим университетом Праги.

Обсерватория Камиока

Исследовательский центр, ранее известный как Подземная обсерватория Камиока, находится в шахте Мозуми, префектура Гифу, Япония. Его основали в 1983 году. Лаборатория находится на глубине 1000 метров под землей. Сначала там изучали стабильность спонтанного распада протонов при помощи эксперимента Камиоканде. Потом одним из основных направлений стало изучение нейтрино.

На данный момент центр известен как обсерватория Камиока. Там ученые отслеживают нейтрино, поступающие от сверхновых звезд, Солнца, атмосферы Земли и ускорителей частиц. В 2015 году Такааки Кадзиту вручили Нобелевскую премию по физике за открытие атмосферных нейтринных осцилляций при эксперименте "Супер-Камиоканде".

Подземная лаборатория в Боулби

Лаборатория Боулби находится на глубине 1100 метров внутри калийно-солевой шахты в Боулби на северно-восточном берегу Англии. Она является мультидисциплинарным научным центром, которым управляет британский Совет по научным и технологическим средствам.

Там занимаются поиском темной материи и проводят эксперименты с космическими лучами. Также ученые изучают геологию, геофизику, среду, климат, жизнь в экстремальных условиях на Земле и развитие инструментария аппаратов, которые предназначены для изучения жизни вне Земли.

В центре расположен детектор темной материи DRIFT-II, который ищет направленную темную материю. В лаборатории также до сих пор работают с детектором LZ и замеряют ультранизкую фоновую материальную активность.

SNOLAB

Лаборатория SNOLAB была основана в 2009 году. Она находится на глубине 2070 метров и является самым глубоким физическим объектом в Северной Америке, который осуществляет работу внутри функционирующей никельной шахты в штате Онтарио, Канада. 

Это огромный научный центр, его площадь – 5 тысяч квадратных метров. Все пространство лаборатории представляет собой чистое помещение класса 2000 с менее чем 2000 частицами на 0,09 квадратного метра.

В SNOLAB проводятся очень точные эксперименты в области исследования темной материи и нейтрино. Специалисты также намерены установить SuperCDMS – криогенную систему обнаружения темной материи нового поколения, когда завершат ее тестирование.

Китайская подземная лаборатория Цзинпинь (CJPL)

Лаборатория Цзинпинь (CJPL) находится на глубине 2400 метров и является самым глубоким в мире научным центром. Ее построили в 2010 году в горе Цзинпинь в провинции Сычуань на юго-востоке Китая.

Местоположение центра выбрано идеально, так как там слабый мюонный поток космических частиц, поэтому здесь намного меньше шумов фоновой радиации, нежели в других мировых лабораториях. Из-за того, что он построен под горой, туда имеется горизонтальный доступ, а не вертикальный, что очень удобно.

Там проводят два эксперимента, в результате которых ученые пытаются напрямую обнаружить темную материю: эксперимент Китая по темной материи (CDEX) и PandaX. В планах ученых – наблюдение за нейтрино. В ближайшее время исследования по астроядерной физике и прототип нейтринного детектора весом в 1 тонну переведут во вторую фазу проекта (CJPL-II).