8 января 2026 года мир науки получил очередное напоминание о том, насколько малая часть мироздания нам на самом деле понятна. По современным оценкам, обычная материя — атомы, звёзды, планеты, мы с вами — составляет всего около 5 % от общей энергетической плотности Вселенной. Остальные 95 % приходятся на две величайшие тайны современной физики: тёмную материю (примерно 27 %) и тёмную энергию (примерно 68 %). При этом ни то, ни другое мы до сих пор не можем увидеть напрямую. Но именно сейчас, благодаря новому поколению сверхчувствительных детекторов, человечество находится ближе, чем когда-либо, к тому, чтобы «услышать» первые слабые сигналы этих невидимых компонентов космоса.
Что такое тёмная материя и почему она так важна
Тёмная материя — это невидимая субстанция, которая не излучает, не поглощает и не отражает свет, но проявляет себя исключительно через гравитацию. Именно она держит галактики вместе: без её дополнительной массы звёзды на окраинах вращались бы слишком медленно и разлетелись бы в разные стороны. Тёмная материя действует как гигантский космический клей, формируя структуру крупномасштабной Вселенной — космическую паутину из галактических скоплений, стен, волокон и пустот.
Наиболее популярная гипотеза предполагает, что тёмная материя состоит из WIMP — Weakly Interacting Massive Particles (слабо взаимодействующих массивных частиц). Эти гипотетические частицы взаимодействуют с обычной материей только через гравитацию и слабое ядерное взаимодействие — поэтому они крайне плохо «замечаются» детекторами.
Чтобы поймать хотя бы одно столкновение WIMP с ядром обычного атома, нужно ждать годы, а иногда и десятилетия. Поэтому современные эксперименты размещают глубоко под землёй (чтобы экранировать космические лучи), охлаждают до температур близких к абсолютному нулю (чтобы уменьшить тепловой шум) и делают их невероятно чувствительными.
Главные герои сегодняшнего наступления на тьму
Два самых перспективных проекта, о которых идёт речь в публикации 2026 года, — это SuperCDMS (Super Cryogenic Dark Matter Search) и TESSERACT (Tera-scale Experimental Search for Sub-EV Candidates And Related Techniques).
SuperCDMS уже более 25 лет остаётся одним из лидеров в поиске тёмной материи. Группа профессора Рупака Махапатры (Rupak Mahapatra) из Техасского университета A&M внесла решающий вклад в развитие этого эксперимента. В 2014 году именно они опубликовали в Physical Review Letters революционную работу о voltage-assisted calorimetric ionization detection — методе, который позволил резко повысить чувствительность к WIMP малой массы.
TESSERACT — это более новое глобальное сотрудничество, которое ставит задачу выйти на совершенно иной уровень: детектировать взаимодействия, происходящие раз в десятилетие или даже реже. Для этого используются криогенные квантовые сенсоры, сверхчистые полупроводники и инновационные способы усиления сигнала.
Как работают эти сверхчувствительные «уши»
Принцип действия большинства современных детекторов тёмной материи основан на трёх возможных сигналах от столкновения WIMP:
- Ионизация — частица выбивает электроны из атомов
- Сцинтилляция — возникает слабое свечение
- Тепловой эффект — ядро атома получает отдачу и слегка нагревает кристалл
В SuperCDMS и TESSERACT используют комбинацию первого и третьего. Криогенные детекторы из германия или кремния охлаждают до ~10–50 мК. Когда WIMP ударяет по ядру, возникает микроскопический тепловой импульс и всплеск ионизации. Эти сигналы усиливаются и регистрируются сверхчувствительными датчиками.
Особенно сложная проблема — атермические фононные всплески (athermal phonon bursts) и отравление квазичастицами (quasiparticle poisoning). Новые разработки решают эти шумы, позволяя опускать порог детектирования до энергий отдачи всего в несколько сотен эВ.
Почему именно сейчас мы так близки к прорыву
Профессор Махапатра, который занимается поиском тёмной материи уже четверть века, подчёркивает несколько ключевых факторов:
- Синергия трёх подходов: прямое детектирование (подземные детекторы), непрямое (поиск продуктов аннигиляции в космосе) и коллайдерное (поиск на LHC и будущих ускорителях)
- Технологический прорыв в криогенных квантовых сенсорах
- Увеличение объёмов детектирующего материала (в TESSERACT планируют тонны сверхчистого кремния и германия)
- Многолетний опыт накопления данных и понимания фоновых шумов
Если WIMP существуют и имеют массу в диапазоне от нескольких ГэВ до нескольких сотен ГэВ — современные и ближайшие эксперименты имеют реальный шанс их обнаружить в ближайшие 5–15 лет.
Что будет, если мы наконец найдём тёмную материю
Обнаружение кандидатов на частицы тёмной материи станет одним из крупнейших научных открытий XXI века. Это будет означать:
- Появление новой физики за пределами Стандартной модели
- Возможность понять, почему во Вселенной так мало антиматерии
- Новые подсказки к объединению квантовой механики и гравитации
- Потенциально — совершенно новые технологии (если частицы тёмной материи окажутся стабильными и управляемыми)
Но даже если WIMP не найдут — это тоже будет революцией: придётся пересматривать все модели и искать другие кандидаты (аксионы, стерильные нейтрино, MACHO, модифицированную гравитацию и т.д.).
Тёмная энергия — ещё большая загадка
Пока внимание сосредоточено на тёмной материи, тёмная энергия остаётся ещё более таинственной. Она отвечает за ускоренное расширение Вселенной и, по современным представлениям, может быть космологической константой Эйнштейна или динамическим полем (квинтэссенцией). Её природа остаётся одной из главных нерешённых проблем физики.
Однако успех в понимании тёмной материи может дать важные подсказки и для тёмной энергии — особенно если окажется, что обе «тьмы» связаны на более глубоком уровне.
Заключение: мы живём в эпоху, когда Вселенная начинает раскрывать свои секреты
Почти вся Вселенная — это невидимая субстанция, о которой мы до сих пор почти ничего не знаем. Но именно сейчас, благодаря десятилетиям упорной работы, невероятным технологическим прорывам и международному сотрудничеству, человечество подошло ближе, чем когда-либо, к разгадке одной из самых великих тайн мироздания.
Детекторы стали настолько чувствительными, что способны уловить шёпот частицы, которая могла столкнуться с ядром всего один раз за десятилетие. И если этот шёпот будет услышан — мы узнаем, из чего на самом деле сделана почти вся Вселенная.