Нити ДНК можно использовать для регистрации тёмной материи

<< К списку новостей  |  Показать новости:   2011, Январь 2011, Февраль 2011, Март 2011, Апрель 2011, Май 2011, Июнь 2011, Июль 2011, Август 2011, Сентябрь 2011, Октябрь 2011, Ноябрь 2011, Декабрь 2012, Январь 2012, Февраль 2012, Март 2012, Апрель 2012, Май 2012, Июнь 2012, Июль 2012, Август 2012, Сентябрь 2012, Октябрь 2012, Ноябрь 2012, Декабрь 2013, Январь 2013, Февраль 2013, Март 2013, Апрель 2013, Май 2013, Июнь 2013, Июль 2013, Август 2013, Сентябрь 2013, Октябрь 2013, Ноябрь 2013, Декабрь 2017, Ноябрь 2018, Май 2018, Июнь 2019, Апрель 2019, Май 2020, Апрель 2020, Август 2021, Март 2021, Май

Опубликовано: 8 Июля 2012

Группа американских физиков спроектировала детектор слабовзаимодействующих массивных частиц (вимпов), одним из важнейших элементов которого станут нити ДНК.

Вимпы с массой в 1–10 000 ГэВ часто рассматриваются как компоненты гипотетической тёмной материи. В лабораторных условиях подобные частицы, как мы уже рассказывали, обнаруживают по их рассеянию на ядрах.

Хотя опыты, ориентированные именно на этот процесс взаимодействия вимпов с веществом, проводятся давно, их результаты оказываются либо неясными, либо однозначно отрицательными. Специалистов это не удивляет, поскольку в экспериментах такого рода очень сложно отсечь фон — скажем, отличить вимпы от быстрых нейтронов, создаваемых космическими лучами. Немногочисленные полезные сигналы, если они и были зарегистрированы, тонут в шуме.

Возможное решение проблемы было в найдено в 1986 году, когда теоретики обратили внимание на годичную и суточную модуляции сигнала от вимпов, нехарактерные для фона. Годичная модуляция обусловлена тем, что Земля обращается вокруг Солнца, которое идёт вместе с ней по орбите вокруг центра Млечного Пути, и периодически изменяет скорость движения детектора относительно «статичного» (невращающегося) облака галактических вимпов, определяющую частоту регистрации сигналов. Суточное вращение Земли, в свою очередь, влияет на пространственное распределение треков ядер, с которыми взаимодействуют частицы тёмной материи.

Описать ожидаемое распределение треков несложно. Достаточно заметить, что рассеяние массивных частиц на ядре заставляет его «отскакивать» в направлении движения налетающих вимпов, которые, вероятнее всего, будут идти против хода Солнца. Следовательно, ядра отдачи преимущественно должны двигаться в направлении, обратном вектору скорости звезды. Для выявления этой закономерности, что важно, хватит и небольшого числа зарегистрированных событий, но понадобится устройство, позволяющее восстанавливать треки ядер. Современные детекторы с их микрометровым пространственным разрешением и на несколько порядков уступающими ему нанометровыми треками здесь не подойдут.

Разрабатывая схемы требуемого детектора, физики планировали увеличить длину треков за счёт уменьшения плотности вещества, с которым взаимодействуют вимпы, и использования, к примеру, разреженного ксенона. Такие проекты сложны и очень затратны: в подземной лаборатории, имеющей естественную защиту от космических лучей, придётся размещать огромный объём газа, а затем сооружать вокруг него дополнительный искусственный защитный контур.

Авторы предлагают более простое решение. Разработанный ими детектор компонуется из одинаковых модулей, располагающихся друг над другом. Основой каждого модуля станет тонкая (5–10 нм) золотая пластина, к которой будет прикрепляться упорядоченный массив свешивающейся вниз однонитевой ДНК. Все нити имеют одинаковые (и хорошо известные) последовательности оснований на большей части их длины, а уникальные участки длиной в 20–100 оснований на концах должны идентифицировать отдельные «связки» нитей, закреплённых на участках пластины размером 1×1 мкм.

При взаимодействии вимпы будут выбивать ядра золота из пластины, направляя их в массив ДНК. Движущееся ядро разрывает нити и до остановки успеет повредить несколько сотен элементов массива. Задача экспериментатора, как нетрудно догадаться, сводится к тому, чтобы регулярно собирать оторванные фрагменты ДНК, анализировать их по уже известным методикам амплификации и секвенирования и определять, в каком месте произошёл разрыв и к какой «связке» принадлежал тот или иной фрагмент.

Если всё было сделано правильно, места разрыва восстанавливаются с микрометровой точностью по двум осям, лежащим в плоскости пластины, и нанометровой точностью по третьей оси. Этой информации вполне достаточно для того, чтобы реконструировать трек ядра золота.

Достоинствами нового детектора называют возможность работы при комнатной температуре, эффективное подавление фона, малую массу (американцы хотят ограничиться одним килограммом золота и сотней граммов однонитевой ДНК). Простейший его вариант, оснащённый короткими нитями ДНК длиной в 250 оснований, можно построить уже сейчас.

Источник:"Компьютерра–Онлайн"