В изоставена златна мина, разположена на една миля от Лийд, Южна Дакота, инженери и физици от Университета на Уисконсин-Мадисън работят върху камера, съдържаща 10 тона течен ксенон. Те се надяват, че в подземна мина, където експерименталното пространство ще бъде защитено от слънчеви частици и космическа радиация, ще могат за първи път да открият тъмната материя.
Вече публикувахме подробен анализ на това каква загадъчна тъмна материя може да бъде от гледна точка на съвременната физика. Първоначалната хипотеза се появява през 30-те години на миналия век, когато астрономите осъзнават, че на галактиката липсва силата на гравитацията, за да запази структурата си само благодарение на видимите си източници - звезди, планети, черни дупки и др. досега не е било възможно да се открие, съществуването му е установено само с помощта на гравитационни математически модели. Астрономите обаче вярват, че в действителност във Вселената може да има пет пъти повече тъмна материя, отколкото видима материя. Екипът на UW-Madison реши да сложи край на тази несигурност.
Експериментът със златни мина в Южна Дакота се нарича LUX-ZEPLIN, или накратко LZ. Това е разширена версия на предишния експеримент с голям подземен ксенон (LUX) и програмата ZEPLIN за тъмна материя. Идеята е да се открие частица от тъмна материя, тъй като тя взаимодейства с ксенонов атом, предизвиквайки верижна реакция в камерата, която в крайна сметка ще изхвърли ултравиолетова светлина и ще освободи поток от електрони. Веднага след като течният ксенон се запали, ксеноновият газ в камерата над него ще реагира чрез излъчване на електрони и излъчване на втори, по-ярък импулс светлина. Физиците, работещи по проекта, го описват като "камбана", която ще звъни, когато е изложена на частица от тъмна материя.
„Частиците тъмна материя могат да бъдат точно тук, в стаята, да преминават през главата ви и евентуално да се сблъскват с някои атоми“, каза Дънкан Карлсмит, професор по физика в UW-Madison, в съобщение за пресата.
Схематично представяне на подземната лаборатория LUX-ZEPLIN
По-рано този месец Министерството на енергетиката одобри последните етапи на LZ в златната мина, официално наречена Sanford Underground Research Center. Междувременно изследователите работят с по-малък прототип на устройство, за да гарантират, че когато "големият" LZ стартира през 2020 г., той няма да бъде податлив на смущения.
За да се гарантира, че нищо освен тъмната материя не взаимодейства с течния ксенон, екипът изгражда две външни камери, предназначени да откриват и отстраняват замърсителите. Камерата ще бъде запълнена с 10 тона течен ксенон и над 500 фотоумножители - вакуумни тръби, които са свръхчувствителни светлинни детектори и ще наблюдават LZ. Ако нещо различно от тъмната материя наруши останалата част от ксенона, детекторите ще трябва да покажат, че това е фалшива аларма.
Промоционално видео:
Веднага след като инсталацията в подземната мина е готова и експериментът стартира, остава само да се изчака. Физиците ще търсят слабо взаимодействащи масивни частици или WIMP, които са хипотетичните градивни елементи на тъмната материя. Смята се, че през повечето време WIMP преминават през обикновена материя без никаква следа, но понякога могат да се сблъскат с обикновени частици.
Участниците в проекта LUX-ZEPLIN са събрали миниатюрно копие на бъдещата инсталация. Преди да проведете глобален експеримент, трябва да го тествате на по-малък и по-скъп модел.
LZ ще остане включен поне пет години, но всички се надяват, че ще може да открива WIMP за първи път или по друг начин да ги изключва като ефирно вещество, което съставлява тъмната материя. Други експерименти в Центъра за астрофизика на частиците IceCube в Уисконсин, както и проекти в Италия и Китай, провеждат свои собствени експерименти, за да намерят преки доказателства за съществуването на тъмна материя. Физиците от UW-Madison също използват Големия адронен колайдер в опит да открият тъмната материя, която се създава при сблъскване на частици с висока енергия. Надпреварата за откривателите на тъмната материя е в разгара си!
Ако успеем да намерим и измерим това вещество, ще постигнем по-добро разбиране за това как работи Вселената от всякога. Възможно е тъмната материя да представлява повече от 25 процента от целия космос и след като открием специфичните свойства на материала, тя може да разкрие тайни, които отдавна са останали скрити за нас.