Într-o mină de aur abandonată situată la o milă de Leed, Dakota de Sud, inginerii și fizicienii de la Universitatea din Wisconsin-Madison lucrează la o cameră care conține 10 tone de xenon lichid. Ei speră că într-o mină subterană, unde spațiul experimental va fi protejat de particulele solare și de radiațiile cosmice, vor putea detecta materia întunecată pentru prima dată.
Am publicat deja o analiză detaliată a ceea ce poate fi misterioasa materie întunecată din punctul de vedere al fizicii moderne. Ipoteza inițială a apărut în anii 1930, când astronomii și-au dat seama că galaxiei îi lipsește forța gravitațională pentru a-și menține structura numai datorită surselor sale vizibile - stele, planete, găuri negre, etc. până acum nu s-a putut detecta, existența sa a fost dedusă doar cu ajutorul modelelor matematice gravitaționale. Cu toate acestea, astronomii cred că, de fapt, ar putea exista de cinci ori mai multă materie întunecată în univers decât materia vizibilă. Echipa UW-Madison a decis să pună capăt acestei incertitudini.
Experimentul minei de aur din Dakota de Sud se numește LUX-ZEPLIN sau pe scurt LZ. Este o versiune extinsă a experimentului anterior Xenon subteran mare (LUX) și a programului ZEPLIN pentru materia întunecată. Ideea este de a detecta o particulă de materie întunecată pe măsură ce interacționează cu un atom de xenon, provocând o reacție în lanț în cameră, care va elibera în cele din urmă lumină ultravioletă și va elibera o rafală de electroni. Imediat după ce xenonul lichid se aprinde, gazul xenon din camera de deasupra acestuia va reacționa prin emiterea de electroni și emiterea unui al doilea impuls de lumină mai luminos. Fizicienii care lucrează la proiect îl descriu ca pe un „clopot” care va suna atunci când este expus unei particule de materie întunecată.
"Particulele de materie întunecată pot fi chiar aici în cameră, trecându-vă prin cap și, eventual, ciocnindu-se ocazional cu niște atomi", a declarat Duncan Carlsmith, profesor de fizică la UW-Madison, într-un comunicat de presă.
Reprezentarea schematică a laboratorului subteran LUX-ZEPLIN
La începutul acestei luni, Departamentul de Energie a aprobat etapele finale ale LZ la mina de aur, numită oficial Centrul de cercetare subteran Sanford. Între timp, cercetătorii lucrează cu un dispozitiv prototip mai mic pentru a se asigura că atunci când „marele” LZ va fi lansat în 2020, acesta nu va fi susceptibil la interferențe.
Pentru a se asigura că nimic altceva decât materia întunecată nu interacționează cu xenon lichid, echipa construiește două camere externe concepute pentru a detecta și îndepărta orice particule contaminante. Camera va fi umplută cu 10 tone de xenon lichid și peste 500 de tuburi fotomultiplicatoare - tuburi de vid, care sunt detectoare de lumină ultra-sensibile și vor monitoriza LZ. Dacă altceva decât materia întunecată sparge restul xenonului, detectoarele vor trebui să arate că aceasta este o alarmă falsă.
Video promotional:
De îndată ce instalarea în mina subterană este gata și experimentul este lansat, nu mai rămâne decât să așteptați. Fizicienii vor căuta particule masive care interacționează slab sau WIMP, care sunt blocurile ipotetice ale materiei întunecate. Se crede că de cele mai multe ori WIMP-urile trec prin materie obișnuită fără nicio urmă, dar se pot ciocni ocazional cu particule obișnuite.
Participanții la proiectul LUX-ZEPLIN au asamblat o copie în miniatură a viitoarei instalații. Înainte de a efectua un experiment global, trebuie să-l testați pe un model mai mic și mai scump.
LZ va rămâne activ cel puțin cinci ani, dar toată lumea speră că va putea detecta WIMP-uri pentru prima dată sau le va exclude în alt mod ca o substanță eterică care alcătuiește materia întunecată. Alte experimente la Centrul IceCube pentru Astrofizică a Particulelor din Wisconsin, precum și proiecte în Italia și China, își desfășoară propriile experimente pentru a găsi dovezi directe ale existenței materiei întunecate. Fizicienii UW-Madison folosesc, de asemenea, Large Hadron Collider în încercarea de a detecta materia întunecată, care este creată atunci când particulele de mare energie se ciocnesc. Cursa pentru descoperitorii materiei întunecate este în plină desfășurare!
Dacă putem găsi și măsura această substanță, vom obține o mai bună înțelegere a modului în care funcționează universul ca niciodată. Este posibil ca materia întunecată să reprezinte mai mult de 25% din întregul cosmos și, odată ce am descoperit proprietățile specifice ale materialului, aceasta poate dezvălui secrete care ne-au rămas mult timp ascunse.
