A dél-dakotai Leedtől mérföldre található elhagyott aranybányában a Wisconsin-Madison Egyetem mérnökei és fizikusai egy 10 tonna folyékony xenont tartalmazó kamrán dolgoznak. Remélik, hogy egy földalatti bányában, ahol a kísérleti teret megvédik a napszemcsék és a kozmikus sugárzás ellen, először képesek lesznek észlelni a sötét anyagot.
Már publikáltunk egy részletes elemzést arról, hogy milyen rejtélyes sötét anyag lehet a modern fizika szempontjából. A kezdeti hipotézis még az 1930-as években jelent meg, amikor a csillagászok rájöttek, hogy a galaxisból hiányzik a gravitációs erő, hogy csak látható forrásai - csillagok, bolygók, fekete lyukak stb. Miatt - fenntartsa szerkezetét. Közvetlenül maga a sötét anyag eddig nem sikerült kimutatni, létezését csak gravitációs matematikai modellek segítségével vonták le. A csillagászok azonban úgy vélik, hogy valójában ötször több sötét anyag lehet az univerzumban, mint a látható anyag. Az UW-Madison csapata úgy döntött, hogy véget vet ennek a bizonytalanságnak.
A dél-dakotai aranybánya-kísérletet LUX-ZEPLIN-nek, röviden LZ-nek hívják. Ez a korábbi Nagy Underground Xenon (LUX) kísérlet és a ZEPLIN sötét anyag program kibővített változata. Az ötlet egy sötét anyag részecske detektálása, amikor az kölcsönhatásban van egy xenon atomgal, láncreakciót okozva a kamrában, amely végül ultraibolya fényt bocsát ki és felszabadítja az elektronok gátját. Közvetlenül a folyékony xenon meggyulladása után a felette lévő kamrában lévő xenon gáz elektron kibocsátásával és egy második, fényesebb fényimpulzus kibocsátásával reagál. A projekten dolgozó fizikusok "harangként" írják le, amely akkor csenget, ha egy sötét anyag részecskéjének van kitéve.
"A sötét anyag részecskék itt lehetnek a szobában, áthaladhatnak a fejeden, és esetenként összeütközhetnek néhány atomgal" - mondta Duncan Carlsmith, az UW-Madison fizika professzora egy sajtóközleményben.
A LUX-ZEPLIN földalatti laboratórium sematikus ábrázolása
A hónap elején az Energiaügyi Minisztérium jóváhagyta az LZ építésének utolsó szakaszát egy aranybányában, amelyet hivatalosan Sanford Underground Research Center néven neveztek el. Eközben a kutatók egy kisebb prototípus eszközzel dolgoznak annak biztosítása érdekében, hogy amikor a "nagy" LZ 2020-ban elindul, akkor ne legyen érzékeny az interferenciára.
Annak biztosítására, hogy a sötét anyagon kívül semmi más ne lépjen kölcsönhatásba a folyékony xenonnal, a csapat két külső kamrát épít, amelyek a szennyező részecskék észlelésére és eltávolítására szolgálnak. A kamrát 10 tonna folyékony xenonnal és több mint 500 fényszorzóval - vákuumcsövekkel töltik meg, amelyek ultrahangos fényérzékelők, és figyelik az LZ-t. Ha a sötét anyagon kívül bármi más megtöri a xenon maradékát, akkor az érzékelőknek be kell mutatniuk, hogy ez téves riasztás.
Promóciós videó:
Amint elkészül a földalatti bányában a telepítés és elindul a kísérlet, már csak a várakozás marad. A fizikusok gyengén kölcsönhatásba lépő hatalmas részecskéket vagy WIMP-ket fognak keresni, amelyek a sötét anyag hipotetikus építőkövei. Úgy gondolják, hogy a WIMP-k legtöbbször nyomok nélkül haladnak át a hétköznapi anyagon, de alkalmanként ütközhetnek a hétköznapi részecskékkel.
A LUX-ZEPLIN projekt résztvevői összeállították a leendő installáció miniatűr példányát. Globális kísérlet elvégzése előtt kisebb és drágább modellen kell tesztelni.
Az LZ legalább öt évig fennmarad, de mindenki reméli, hogy képes lesz először észlelni a WIMP-ket, vagy más módon kizárhatja őket sötét anyagot alkotó éteri anyagként. A wisconsini IceCube részecske-asztrofizikai központ további kísérletei, valamint az olasz és a kínai projektek saját kísérleteket végeznek, hogy közvetlen bizonyítékot találjanak a sötét anyag létezésére. Az UW-Madison fizikusai a nagy hadron ütközőt is használják a sötét anyag észlelésére, amely nagy energiájú részecskék ütközésekor keletkezik. Javában zajlik a verseny a sötét anyag felfedezőinek!
Ha megtaláljuk és megmérhetjük ezt az anyagot, akkor minden eddiginél nagyobb megértést fogunk elérni az univerzum működéséről. Lehetséges, hogy a sötét anyag az egész kozmosz több mint 25 százalékát teszi ki, és ha felfedezzük az anyag sajátos tulajdonságait, felfedhet titkokat, amelyek régóta rejtve maradtak előttünk.