Краткое руководство по поиску тёмной материи и тём

Поиск тёмной материи и тёмной энергии является одной из самых значительных задач современной астрономии и физики. Это увлекательная и сложная область исследования, включающая в себя теоретическую и экспериментальную работу. Я постараюсь предоставить краткое руководство по этой теме и обсудить основные этапы исследования.
\### Тёмная материя
**Тёмная материя** составляет около 27% всей материи-энергии во Вселенной и играет важную роль в формировании галактик и других крупных структур. Однако она не взаимодействует с электромагнитным излучением напрямую, из-за чего она "невидима".
\#### Основные этапы исследования тёмной материи:
1\. **Теоретические модели:**
\- **Кандидаты на роль частиц тёмной материи:**  Существуют различные гипотезы о том, что может составлять тёмную материю, включая слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMPs), аксионы, стерильные нейтрино, первичные чёрные дыры и другие экзотические частицы.
\- **Модели и симуляции:**  Компьютерные симуляции помогают понять, как тёмная материя влияет на формирование галактик и крупномасштабных структур.
Модели и симуляции для обнаружения тёмной материи включают:
1\. Обнаружение косвенных эффектов тёмной материи: тёмная материя искривляет свет звёзд из-за гравитационного эффекта, подобно тому, как стекло преломляет свет.
2\. Использование квантовых вычислительных битов: новые устройства, использующие квантовые вычислительные биты, способны обнаруживать слабые сигналы от субатомных частиц.
3\. Расчёты взаимодействия мюонов с магнитными полями: учёные применили новый метод для проверки Стандартной модели и подтверждения её неизменности.
4\. Эксперименты на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРН: результаты экспериментов указывают на возможное существование новой физики.
5\. Поиск рентгеновского излучения от галактик: астрономы могут обнаружить сигнатуру тёмной материи при распаде частиц тёмной материи.
6\. Странные вспышки света или рентгеновские лучи вблизи нейтронных звёзд: при превращении частиц тёмной материи в фотоны в их мощных магнитных полях.

2\. **Наблюдательные эксперименты:**
\- **Гравитационное линзирование:**  Тёмная материя искажает свет далеких объектов, создавая эффекты линзирования. Это помогает астрономам измерять массу тёмной материи в кластерах.
\- **Изучение вращения галактик:**  Наблюдения показывают, что внешние части галактик вращаются быстрее, чем предполагается, предполагая наличие невидимой массы.
3\. **Экспериментальные исследования:**
\- **Прямое детектирование:**  Это методы, использующие высокочувствительное оборудование для регистрации редких взаимодействий частиц тёмной материи с обычной материей (например, с детекторами в глубоких шахтах).
\- **Коллайдеры частиц:**  Эксперименты на ускорителях пугают тёмную материю при высокоэнергетических столкновениях частиц.
\- **Нейтринные детекторы:**  Такие детекторы иногда могут обнаруживать сигналы, которые могут принадлежать частицам тёмной материи.

\### Тёмная энергия

**Тёмная энергия** составляет приблизительно 68% от общей энергии во Вселенной и, как предполагается, отвечает за ускоренное расширение Вселенной.
\#### Основные этапы исследования тёмной энергии:
1\. **Космологические наблюдения:**
\- **Сверхновые типа Ia:**  Исследования этих "стандартных свечей" помогают астрономам измерять темп расширения Вселенной и определять роль тёмной энергии.
\- **Космическое микроволновое фоновое излучение (CMB):**  Флуктуации в этом древнем свете ведут к ограничению космологических моделей, включая параметры, связанные с тёмной энергией.
\- **Барионные акустические осцилляции (BAO):**  Эти осцилляции в распределении галактик предоставляют масштабный фактор, позволяющий измерять расширение Вселенной.
2\. **Теоретические работы:**
\- **Модели расширяющейся Вселенной:**  Космологи разрабатывают теории, пытаясь объяснить природу тёмной энергии, включая космологическую постоянную и динамические теории, такие как квинтэссенция.
3\. **Разработка новых теорий и экспериментов:**
\- **Астрономические обсерватории:**  Текущие и будущие телескопы и обсерватории, такие как Телескоп Джеймса Уэбба или проект ЛССТ, дадут новые данные для продолжения этих исследований.
\- **Интерферометрические проекты:**  Силы, так или иначе связанные с тёмной энергией, могут быть измерены с помощью современного оборудования для наблюдений за гравитационно-волновыми источниками.
Эти этапы показывают многогранность и важность исследований в области тёмной материи и тёмной энергии. Научные прорывы в этой области могут сильно изменить наше понимание Вселенной и фундаментальных принципов физики.