Тест: Что такое тёмная материя и какие эксперименты пытаются её обнаружить

7 июля 2026 г. · 7 мин.

Вопрос: Что такое тёмная материя и какие эксперименты пытаются её обнаружить?

Perplexity

Тёмная материя — это гипотетическая форма материи, которая не участвует в электромагнитном взаимодействии (не испускает, не поглощает и не отражает свет), поэтому её невозможно обнаружить прямым наблюдением[2][3]. Её существование подтверждается только косвенными данными: она проявляется исключительно через гравитационное влияние на движение звезд в галактиках, распределение масс в сталкивающихся скоплениях галактик (например, в знаменитом скоплении «Пуля») и эффект гравитационного линзирования[1][2]. Тёмная материя составляет около 22–27% всей массы-энергии Вселенной и, по современным теориям, в основном состоит из неизвестных массивных слабовзаимодействующих частиц (WIMP), масса которых в десятки раз превышает массу протона[3][4].

Для обнаружения частиц тёмной материи проводятся сложные эксперименты в подземных лабораториях, где толща земли (например, в бывших золотых шахтах глубиной 1,6 км под городом Лид в Южной Дакоте) останавливает все космические частицы, кроме гипотетических частиц тёмной материи[1][3]. В таких установках, как гигантский резервуар «криостат» с жидким ксеноном, частица тёмной материи может взаимодействовать с ядром газа, ионизировать его и распасться на видимые фотоны, вспышку которых регистрирует детектор «камера проекции времени»[1][3]. Также используются коллайдеры — огромные устройства, ускоряющие пучки заряженных частиц до околосветовых скоростей и сталкивающие их, чтобы в результате столкновения могли родиться неизвестные частицы, связанные с тёмной материей[1]. Несмотря на 20–30 лет поисков WIMP и запуск экспериментов стоимостью $60 млн, частицы тёмной материи пока ни разу не были обнаружены, хотя вероятность их регистрации в будущих этапах экспериментов оценивается в 10–50%[3][4].

Источники:

Gemini

Тёмная материя — это гипотетическая форма материи, которая не взаимодействует с электромагнитным излучением, что делает её невидимой для прямых наблюдений. Её существование подтверждается косвенными данными, в первую очередь гравитационным воздействием на видимое вещество. По современным оценкам, тёмная материя составляет около 27% массы-энергии Вселенной, в то время как обычная, барионная материя — всего около 5%. Недостаток массы, наблюдаемый в галактиках, например, в скорости их вращения, объясняется именно присутствием тёмной материи.

Поиски тёмной материи ведутся множеством способов. Одним из основных направлений является поиск так называемых «вимпов» (слабо взаимодействующих массивных частиц). Эксперименты, такие как XENON, используют большие объёмы жидкого ксенона для регистрации мельчайших вспышек света или ионизации, которые могут возникнуть при столкновении вимпа с ядром ксенона. Другие эксперименты, например, CDMS и CRESST, также нацелены на прямое детектирование таких частиц. Недавно был представлен новый эксперимент QROCODILE, который исследует возможность обнаружения «лёгких» частиц тёмной материи. Кроме того, учёные исследуют возможность обнаружения тёмной материи через гравитационные волны от слияния чёрных дыр, как, например, в исследовании сигнала GW190728. Важно отметить, что, несмотря на активные поиски и некоторые интригующие сигналы, такие как в эксперименте DAMA/LIBRA, убедительного экспериментального подтверждения существования частиц тёмной материи пока не получено.

Источники:

Тёмная материя - Википедия
Детекторы темной материи
Темная материя. Миф или реальность? / Хабр
Темная материя - Элементы большой науки
Никто не видел, но все знают: что такое темная материя и как ее изучают | Новый физтех. Университет ИТМО
Новый эксперимент по поиску темной материи принес первые данные - Наука
XENON (эксперимент) - Википедия
Что такое темная материя? : r/askscience - Reddit
Эксперимент опроверг гипотезу об обнаружении темной материи - Наука Mail
Новый метод обнаружения темной материи дал первый результат - Хайтек+

ChatGPT

Тёмная материя — это гипотетическая форма материи, которая не излучает, не поглощает и не отражает свет, что делает её невидимой для всех видов электромагнитного излучения. Она была введена в космологию для объяснения наблюдаемых аномалий в движении галактик и гравитационных эффектов в масштабах Вселенной, которые не могут быть объяснены только видимой материей. Согласно современным оценкам, тёмная материя составляет около 27% всей массы-энергии Вселенной, при этом на обычную материю приходится всего около 5%. Основные доказательства существования тёмной материи включают кривые вращения галактик, наблюдения гравитационного линзирования и картировки космического микроволнового фона.

Для поиска тёмной материи в экспериментальной физике разрабатываются несколько подходов. Один из них — это прямые детекторы, которые стремятся зафиксировать редкие взаимодействия частиц тёмной материи с веществом в специально оборудованных установках глубокого залегания, защищённых от космического излучения и шумов. Примеры таких экспериментов — Xenon1T, LUX-ZEPLIN и PandaX, использующие материалы вроде ксенона или аргона. Другой подход — коллайдеры, такие как Большой адронный коллайдер (БАК), где пытаются создавать частицы тёмной материи в высокоэнергетических столкновениях протонов. Третий метод — космические наблюдения аннигиляции или распада частиц тёмной материи в космосе, которые могут порождать космические лучи или гамма-излучение, фиксируемое спутниками, как, например, телескоп Ферми.

Все эти методы дополняют друг друга и позволяют проверять разные гипотезы о природе тёмной материи, будь то слабовзаимодействующие массивные частицы (WIMP), осцилляторы, аксионы или другие кандидаты. Несмотря на десятилетия поиска, тёмная материя пока остаётся загадкой, что стимулирует развитие новых технологий и теорий в физике частиц и космологии.

Источники:

NASA — Dark Matter
CERN — What is Dark Matter?
Xenon Collaboration results

Grok

Тёмная материя — это гипотетическая форма материи, которая не взаимодействует с электромагнитным излучением, то есть не испускает, не поглощает и не отражает свет, оставаясь невидимой для обычных телескопов. Её существование выводят из гравитационных эффектов: аномально высоких скоростей вращения галактик, гравитационного линзирования и структуры крупномасштабной Вселенной. По современным оценкам, тёмная материя составляет около 27 % энергии Вселенной и примерно 85 % всей материи, в то время как обычная (барионная) материя — лишь около 5 %. Основные кандидаты на роль частиц тёмной материи — слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMP), аксионы или, реже, первичные чёрные дыры.

Поиск тёмной материи ведётся в трёх направлениях. Прямое детектирование проходит в подземных лабораториях, где сверхчувствительные детекторы (часто на основе жидкого ксенона) пытаются зарегистрировать редкие столкновения с WIMP. Ключевые проекты — LUX-ZEPLIN (LZ) в США, XENONnT в Италии, PandaX в Китае и SuperCDMS в Канаде; в 2025–2026 годах LZ и SuperCDMS уже выдали новые жёсткие ограничения на сечение взаимодействия, но сигнал пока не найден. Косвенные поиски включают наблюдения за продуктами аннигиляции или распада (эксперименты Fermi-LAT, AMS-02), а на Большом адронном коллайдере ищут следы производства частиц тёмной материи в столкновениях протонов. Новые квантовые детекторы и технологии, такие как TESSERACT, обещают повысить чувствительность в ближайшие годы.

Источники:

What Is Dark Matter? (NASA Space Place)
Dark matter (CERN)
Dark matter (Wikipedia)
DOE Explains...Dark Matter (U.S. Department of Energy)
LZ Dark Matter Experiment (lz.lbl.gov)
Dark matter experiment reaches ultracold milestone (Phys.org, 2026)
Progress and prospects in the underground laboratories' search for dark matter (Nature, 2026)

Claude

Тёмная материя: определение и поиск в подземных лабораториях

Тёмная материя — это невидимая субстанция, не излучающая и не поглощающая свет. О её существовании свидетельствуют гравитационные эффекты, которые астрономы наблюдают при изучении галактик и скоплений звёзд. На обычное вещество приходится около 4% всей массы-энергии во Вселенной, в то время как остающиеся 96% включают тёмную материю и тёмную энергию. Тёмная материя составляет порядка четверти массы-энергии Вселенной и проявляется только в гравитационном взаимодействии.

Учёные используют несколько подходов для обнаружения частиц тёмной материи. Эксперимент XENON1T — самый чувствительный в мире детектор тёмной материи, заполненный 3,2 тонны сверхчистого сжиженного ксенона, который генерирует слабые световые сигналы и свободные электроны при взаимодействии частиц с атомами ксенона. Когда частица тёмной материи сталкивается с ядром атома или электроном, она может вызвать микроскопическую вспышку света или ионизацию, которые улавливаются сверхчувствительными датчиками. Чтобы избежать ложных срабатываний от фонового излучения, такие эксперименты размещаются глубоко под землей, вдали от космических лучей. Последние разработки включают детектор SuperCDMS на глубине двух километров в канадской лаборатории SNOLAB, который использует чувствительные сверхпроводящие датчики и кристаллы кремния и германия.

Источники:

Портал ядерной физики МГУ (nuclphys.sinp.msu.ru)
Большая российская энциклопедия (bigenc.ru)
Журнал Индикатор (indicator.ru)
HighTech+ (hightech.plus)
РБК Тренды (trends.rbc.ru)

Источники:

Блог