Что изучают китайцы в самой большой в мире лаборатории на глубине 2,5 км

Тёмная материя – загадочная субстанция нашей Вселенной, тайну которой не один год пытаются разгадать ученые во всем мире. Но чтобы обнаружить ее, требуется абсолютно защищенное от солнечного света место. Именно для этого в Китае создана самая глубокая и самая большая в мире лаборатория. В декабре прошлого года расположенное на 2,5-километровой глубине гигантское научное учреждение открылось после модернизации и заработало в полную силу.

Вот, что представляет собой это подземелье, находящееся на передовой мировой науки, и что там изучают.




От ГЭС до крупнейшей лаборатории


Все началось с проекта китайской гидроэлектростанции Цзиньпин-II, для которого в нулевых годах рабочие вырыли в скальном массиве несколько тоннелей, в том числе два транспортных туннеля длина которых – 17,5 километров.

Узнав о строительстве гидроэлектростанции, китайские физики решили, что это пространство может стать отличной локацией для глубокой подземной лаборатории. Гидроэнергетическая компания согласилась на сотрудничество и на выборку лабораторного пространства в центральной части прокладываемого туннеля. Договор был подписан, и в 2009 году начались работы, которые продолжались до минувшего декабря.






Первый этап был завершен через несколько лет после начала работ. В своем первоначальном виде лаборатория состояла из главного помещения, представлявшего собой зал размерами 6,5 × 6,5 × 42 метров и 55-метрового подъездного тоннеля.

Затем мини-лабораторию было решено увеличить в 50 раз. Последние три года её продолжали расширять и модернизировать. В конце декабря прошлого года, после нескольких лет работы, завершилось строительство последней на данный момент очереди этого современного комплекса. Первые команды исследователей зашли в тоннель в декабре. Самая глубокая в мире лаборатория приступила к полноценной работе. Им предстоит трудиться в лаборатории, которой нет равных как по размерам, так и по глубине залегания.





Объем лаборатории – 300 тыс. кубометров. По своим размерам она даже превышает (причем, вдвое) Национальную лабораторию Гран-Сассо (Италия), которая всегда считалась одной из самых больших.


Как найти чёрную материю


Работа ученых самой глубокой и самой передовой лаборатории на Земле очень увлекательна. Им предстоит поиск и изучение «темной материи» – сколь загадочной, столь и желанной мечты многих физиков мира.

Обнаружение темной материи на данный момент одна из основных задач теоретической физики и астрономии. О том, что она существует, ученые знают гипотетически, но их предположение никак не подтверждено прямыми, практическими наблюдениями, потому что темная материя не участвует в электромагнитном взаимодействии.






Видимая материя – независимо от того, космическая пыль это или небесное тело (целая планета или звезда) – в общем и целом составляет лишь 5% от всей массы Вселенной. А значит, большая ее часть каким-то образом скрыта. Эту проблему скрытой массы и пытаются объяснить наличием темной энергии и, главное, темной материи – названной так из-за того, что она трудноуловима. Она не поглощает свет, не отражает его и не излучает, поэтому трудно, а до настоящего времени просто невозможно обнаружить. А ведь эта субстанция, по предположениям физиков, занимает пятую часть всей массы Вселенной, если не больше.






Точной информацией о составе и природе тёмной материи ученые не обладают. Существует несколько гипотез, с помощью которых физики пытаются в той или иной степени объяснить эту природу или с помощью практических экспериментов зафиксировать взаимодействие тёмной материи и видимой. Но как подтвердить или опровергнуть ту или иную модель на практике? До настоящего времени это было большой проблемой, ведь для таких экспериментов нужно создать такие условия, при которых риск негативного влияния извне на процесс обнаружения посторонних космических лучей или земной радиации был бы минимален.


Что ещё там будут изучать


Глубина построенной в Китае подземной исследовательской локации позволяет ей считаться самой защищенной лабораторией в мире, и она идеально подходит для того, чтобы проводить подобные исследования и эксперименты.

Хотя вертикально она уходит под землю более чем на 2400 м, к ней имеется горизонтальный доступ через тоннель, поэтому есть возможность доставлять всё, что необходимо для работы, с помощью транспорта.






Тоннели лаборатории покрыты мрамором. Давление воды на горную породу здесь очень велико и достигает порядка ста атмосфер, однако это способствует радиационной защите, заключающейся в низком содержании радионуклидов, что, в свою очередь, приводит к низкому уровню радона в воздухе.

Кстати, наличие недавно построенной суперлаборатории позволит поддерживать и междисциплинарные исследования. Сферами таких экспериментов могут быть физика элементарных частиц и ядерная астрофизика, а также исследования механики горных пород.





Напомним, что для поиска темной материи ученые также используют Большой адронный коллайдер, расположенный в Европе недалеко от Женевы, однако он не идет ни в какое сравнение с китайской лабораторией по созданным условиям.

Коллайдер построен всего лишь на 100-мпетровой глубине, кроме того, главное предназначение его все-таки иное. Это поиск не только черных дыр, но и суперсимметрии, изучение топ-кварков (тяжелейших элементарных частиц) и кварк-глюонной плазмы.