korzhimanov

МАРТ, СУББОТА. Мужчина медленно просыпается, потягивается и, чувствуя тепло из окна, решает не надевать своё термобельё. Он зевает, одевается и выходит на утреннюю пробежку. Возвращается, принимает душ, делает себе яичницу и садится на диван с томиком «Эссе Е. Б. Уайта». Около полудня он едет на велосипеде в книжный магазин. Он проводит там несколько часов, разглядывая книги. Затем он катит назад, через маленький городок, мимо своего дома, к озеру.

Когда женщина проснулась этим утром, она выбралась из кровати и сразу же пошла к своему мольберту, где взяла пастели и принялась рисовать. После часа работы она удовлетворена световым эффектом и уходит позавтракать. Она быстро одевается и направляется к ближайшему магазину, чтобы купить занавеску для ванной. В магазине она встречает друзей и обедает с ними. Спустя какое-то время ей захотелось побыть одной и она едет к озеру.

Теперь мужчина и женщина стоят на деревянной пристани, вглядываясь в волны на озере. Они ещё не заметили друг друга.

Мужчина поворачивается. И так начинается последовательность событий, информирующих его о ней. Свет, отраженный от её тела, мгновенно попадает в зрачки его глаз с частотой в десять триллиардов частиц света в секунду. Пройдя зрачок каждого глаза, свет направляется через овальный хрусталик глаза, затем через прозрачную желеобразную субстанцию, наполняющую глазное яблоко, и попадает на сетчатку. Здесь он собирается сотней миллионов светочувствительных клеток: колбочек и палочек.

Клетки, стоящие на пути световых бликов, получают большое его количество; клетки, попадающие в тень, соответственно, света получают намного меньше. Губы женщины, например, сверкающие сейчас в лучах солнца, отражают свет высокой интенсивности на крошечный участок клеток к северо-востоку от центра зрительной части сетчатки мужчины. Края её рта, с другой стороны, довольно тёмные, так что клетки, находящиеся по соседству с северо-восточными, получают намного меньше света.

Каждая частица света завершает своё путешествие внутри глаза после встречи с молекулой ретинальдегида, состоящей из 20 атомов углерода, 28 атомов водорода и одного атома кислорода. В своём спокойном состоянии, каждая молекула ретинальдегида прикреплена к белковой молекуле и имеет изгиб между одиннадцатым и пятнадцатым атомом углерода. Но когда свет достигает её, как это происходит сейчас с, примерно, 30 000 триллиардами молекул каждую секунду, молекула распрямляется и отделяется от белка. После нескольких промежуточных стадий, она сворачивается в изгиб снова, ожидая новой частицы света. Прошло меньше тысячной доли секунды, с того момента, как мужчина увидел женщину.

Возбуждённые танцем молекулы ретинальдегида, нервные клетки, или нейроны, откликаются. Сначала в глазу, а затем в мозге. Один нейрон, к примеру, только что включился в действие. Молекулы протеина на его поверхности внезапно меняют свою форму, блокируя поток положительно заряженных атомов натрия из окружающей жидкости. Это изменение в потоке электрически заряженных атомов порождает изменение напряжения, которое проходит через клетку. После прохождения дистанции около сантиметра, электрический сигнал достигает конца нейрона, отвечающего за передачу специальных молекул, которые преодолевают дистанцию в сотнетысячную долю сантиметра, пока не достигают следующего нейрона, передавая новости.

Женщина, наклонив голову под углом в пять с половиной градусов, держит руки по бокам. Её волосы падают ей на плечи. Эта информация и многое, многое другое точнейшим образом закодировано электрическими импульсами в различных нейронах глаза мужчины.

В следующие несколько тысячных долей секунды, электрический сигнал достигает ассоциативных нейронов, которые собраны в зрительном нерве в задней части глаза и переносят информацию в мозг. Отсюда импульс поступает к первичной зрительной коре, плотному слою ткани около четверти сантиметра толщиной и занимающей участок в пять квадратных сантиметров, состоящей из сотни миллионов нейронов, сложенных в полдюжины слоёв. Четвёртый слой принимает входящий сигнал первым, делает предварительный анализ и передаёт информацию нейронам других слоёв. На каждой стадии, каждый нейрон может принимать сигналы от тысячи других нейронов, комбинировать сигналы (некоторые из которых исключают друг друга) и пересылают обработанный результат тысяче с лишним других нейронов.

Через тридцать секунд (после того как несколько сотен триллиардов частиц отраженного света попали в мужской глаз и были обработаны) женщина говорит «привет». Мгновенно молекулы воздуха толкают друг друга, образовывая волны разной плотности, начинающиеся в её голосовых связках и путешествующие потоком до ушей мужчины. Звук покрывает дистанцию в двадцать шагов от неё к нему за пятидесятую долю секунды.

Внутри каждого из его ушей, вибрирующий воздух быстро попадает к барабанной перепонке. Перепонка, овальная мембрана, диаметром примерно восемь сантиметров лежит под углом в 45 градусов по отношению к нижней части слухового прохода, начинает колебаться и передавать своё движения трём маленьким косточкам. Оттуда, колебания сотрясают жидкость во внутреннем ухе, скрученном, подобно улитке, в два с половиной оборота.

Во внутреннем ухе звуки разделяются по высотам. Очень тонкая мембрана колеблется в такт всплескам жидкости, и через эту базилярную мембрану проходят крошечные нити различной толщины, подобно струнам арфы. Доносящийся издалека голос женщины играет на этой арфе. Её «привет» начинается в нижнем регистре и поднимается по высоте до самого конца. Толстые нити в базилярной мембране начинают вибрировать первыми, к ним подключаются более тонкие. В конце концов, десятки тысяч палочкообразных тел, размещённых на базилярной мембране, передают свои индивидуальные колебания слуховому нерву.

Информация о «привете» женщины в электрической форме передаётся по нейронам слухового нерва в мозг через таламус к специализированному отделу коры головного мозга для дальнейшей обработки. Со временем значительная доля из миллионов нейронов в мозге мужчины включается в обработку только что поступившей визуальной и слуховой информации. Натриевые и калиевые входы открываются и закрываются. Электрические токи перемещаются по нейронным волокнам. Молекулы передаются от одного нервного окончания к другому.

Всё это известно. Неизвестно то, почему, спустя минуту, мужчина подходит к женщине и улыбается.

Перевод: Влад Захаров

Источник: physħ

Знакомьтесь, эту эффектную женщину зовут Елена Априле, она профессор Колумбийского университета и возглавляет группу, которая создала самый чувствительный детектор частиц тёмной материи, известных как вимпы.

Детектор, получивший название XENON, располагается в глубине Апеннинских гор в родной для Априле Италии. Здесь в тёмной и глубокой шахте он ведёт поиск гипотетических частиц, из которых должна состоять загадочная тёмная материя. «Сердцем» детектора является камера, заполненная 3,5 тоннами ксенона, отсюда и название:

Но десять лет непрерывных попыток пока не принесли никакого результата.

Тёмная материя — гипотетическая субстанция, которая должна решить проблему так называемой «скрытой массы». Дело в том, что ещё в 1920-х годах было установлено, что звёзды в нашей галактике — Млечном пути — вращаются вокруг её центра значительно быстрее, чем это следует из известных законов и видимого количества вещества. То же самое позднее обнаружили и у других галактик. Вот так выглядит типичная кривая зависимости скорости вращения галактики от расстояния до центра галактики: A — теоретическая на основе видимого количества звёзд, B — реально наблюдаемая.

После долгих попыток объяснить эти наблюдения, учёные пришли к выводу, что во Вселенной существует некое скрытое от наших глаз и телескопов вещество, которое состоит из неких экзотических частиц. Эти частицы условно называют тёмной материей, но их природа на данный момент остаётся неизвестной.

Вообще говоря, скрытое вещество не обязано состоять из чего-то, что науке неизвестно. Это могли бы быть чрезвычайно тусклые звёзды или чёрные дыры. Рассматривались также варианты, что таким веществом являются, например, огромные количества практически незаметных для нас нейтрино — легчайших частиц, не имеющих заряда. Проблема заключается в том, что для объяснения наблюдаемой скорости вращения галактик скрытого вещества должно быть очень много — более чем в пять раз больше, чем видимого. Приблизительный баланс энергии во Вселенной по современным данным выглядит так:

Такому огромному количеству нейтрино просто неоткуда взяться, а существование такого большого количества чёрных дыр было бы заметно.

По этим причинам сейчас основная гипотеза о природе скрытого вещества заключается в том, что оно состоит из неких экзотических частиц, которые никогда не встречались учёным в экспериментах. Эти частицы условно называют тёмной материей или тёмным сектором частиц, и существует множество предположений, каковы их свойства и, главное, как их искать. Одна из наиболее популярных гипотез утверждает, что существуют так называемые вимпы (от англ. WIMP — Weakly Interacting Massive Particles) — это относительно тяжёлые частицы, которые восприимчивы только к двум видам взаимодействия: гравитации и слабому ядерному. Их гравитационное воздействие мы видим по их влиянию на вращение галактик, а слабое ядерное взаимодействие настолько слабо, что может быть замечено только в чрезвычайно тонких экспериментах.

Сейчас вимпы ищут на Большом адронном коллайдере, а также в целом ряде экспериментов, аналогичных XENON. Стратегия таких экспериментов заключается в следующем: берётся как можно больший объём чистого ксенона — благородного газа, аналогичного, скажем неону, но более тяжёлого. Он защищается от космических лучей — обычно путём помещения установки как можно глубже под землю. Горы подходят идеально. Ксенон обносится детекторами, после чего остаётся только ждать. По существующим теориям вимп может с небольшой вероятностью прореагировать с одним из ядров ксенона в вашем объёме, в результате чего должна произойти вспышка излучения, которую засекут детекторы. Вот так выглядит массив фотоумножителей, который должны уловить вспышку:

Долго ли будет вестись эта борьба за поиск вимпов? Точно неизвестно. Неизвестно даже, точно ли они существуют, и тем более никто не может гарантировать, что они достаточно сильно взаимодействуют с ядрами привычных нам веществ. Чувствительность ксеноновых детекторов непрерывно увеличивается, и рано или поздно они достигнут такого уровня, что начнут видеть поток нейтрино, идущих из космоса. Их количество огромно — через вашу ладонь каждую секунду проходит триллионы этих крошечных частиц. Когда детекторы начнут их чувствовать, они заполнятся шумом, на фоне которого поймать вимпы будет невозможно. Но пока мы далеки от этого предела, и Елена Априле настроена решительно:

В течение ближайших пары лет, может, пяти-шести в общей сложности, мы или скажем наверняка, что вимпов не существует, или что-то откроем.

physħ