Детектор из золота и ДНК поможет доказать существование тёмной материи

Попадая в пластину, частица тёмной материи, как бильярдный шар, выбивает ядро атома золота. Пролетая сквозь нити ДНК, оно обрывает их. Анализ срезов поможет подтвердить гипотезу о том, что частицы тёмной материи устремляются к нам из центра Вселенной

(иллюстрация Andrzej Drukier et al.).

Группа учёных из США предложила модель детектора, который поможет решить одну из главных задач мировой науки. Тончайшая пластина из золота с множеством прикрёпленных к ней нитей ДНК может доказать существование тёмной материи.

Тёмная материя является одной из самых больших загадок астрофизики. Считается, что из неё состоит до 85% всей материи во Вселенной. Большинство специалистов сходятся во мнении, что она существует, но ещё никому не удалось не только обнаружить эту неуловимую материю, но и представить какие-либо весомые доказательства её существования.

Учёные считают, что тёмная материя состоит из слабовзаимодействующих массивных частиц (weakly interacting massive particles), сокращенно обозначаемых аббревиатурой вимп (WIMP). Эти частицы не испускают электромагнитное излучение и не взаимодействуют с ним, поэтому обнаружить их с помощью существующей аппаратуры невозможно.

Согласно теории, частицы тёмной материи исходят из центра Вселенной и, достигнув Солнечной системы, проносятся мимо нас, как река мимо острова. Земля, вращаясь вокруг Солнца, движется то по течению, то против течения этого невидимого потока. Для подтверждения этой гипотезы необходимо отследить направление движения вимпов в течение дня и года. 

Однако предложенные ранее варианты детекторов, такие как охлажденные до абсолютного ноля пластины полупроводников, предоставляли слишком противоречивые данные.

Детектор, придуманный Анджейем Дрюкером (Andrzej Drukier) из биотехнологической компании Biotraces и его коллегами биохимиками и астрофизиками, представляет собой стопку тончайших золотых пластин площадью один квадратный метр. Снизу к каждому такому листу крепится огромное количество одинарных нитей ДНК, образующих подобие щётки.

Детектор состоит из нескольких сотен таких пластин, помещённых между майларовыми листами, уточняет Wired

Изобретатели полагают, что, если частица тёмной материи попадёт в пластину, ядро атома, в который она ударит, будет выбито из решётки и полетит в том же направлении. По пути ядро атома золота срежет нить ДНК.

Учёные планируют собрать повреждённые нити ДНК, каждая из которых обладает уникальным маркером, идентифицирующим положение нити на золотой пластине. Затем исследователи установят место среза каждой из нитей. Учитывая, что последовательность сегментов ДНК хорошо известна, место разрыва можно определить с точностью до нанометра.

Объединив информацию по всем нитям, исследователи построят трёхмерную модель, на которой будет хорошо видно направление полёта вимпа. Анализ данных, полученных в разное время года, сможет подтвердить или опровергнуть гипотезу о потоках тёмной материи, исходящих из центра Вселенной.

К сожалению, строительство такого детектора настолько сложно, что само по себе стало бы подвигом. Не говоря уже о том, что в общей сложности понадобится около килограмма драгоценного металла и порядка 100 граммов генетического материала, который тоже имеет некоторые особенности и потому недёшев. По предварительным оценкам стоимость такого детектора составит $100 тысяч.

Для этого ещё предстоит решить массу проблем, отмечает New Scientist. Например, пока неизвестно, как получить такое количество достаточно длинных нитей ДНК, прикрепить нити к золотой пластине и заставить их висеть ровно, не сворачиваясь.

Однако сами исследователи считают, что каким бы фантастическим ни казался их детектор, он всё равно будет дешевле и эффективнее других вариантов.

Дополнительным стимулом для разработчиков нового детектора может стать тот факт, что первооткрыватель тёмной материи навсегда войдёт в историю науки. Ведь если расчёт окажутся верными, а устройство будет работать, его создатель непременно будет воспет в веках.