U napuštenom rudniku zlata koji se nalazi kilometar od Leeda u Južnoj Dakoti, inženjeri i fizičari sa Sveučilišta Wisconsin-Madison rade na komori koja sadrži 10 tona tekućeg ksenona. Nadaju se da će u podzemnom rudniku, gdje će eksperimentalni prostor biti zaštićen od sunčevih čestica i kozmičkog zračenja, prvi put moći otkriti tamnu tvar.
Već smo objavili detaljnu analizu što tajanstvena tamna tvar može biti sa stajališta moderne fizike. Početna hipoteza pojavila se davnih 1930-ih, kada su astronomi shvatili da galaksiji nedostaje sile teže da bi održala strukturu samo zbog vidljivih izvora - zvijezda, planeta, crnih rupa itd. Izravno sama tamna tvar prije do sada to nije bilo moguće otkriti, njegovo postojanje utvrđeno je samo uz pomoć gravitacijskih matematičkih modela. Međutim, astronomi vjeruju da zapravo u svemiru može biti pet puta više tamne tvari od vidljive. Ekipa UW-Madison odlučila je zaustaviti ovu neizvjesnost.
Pokus rudnika zlata u Južnoj Dakoti naziva se LUX-ZEPLIN ili skraćeno LZ. Riječ je o proširenoj verziji prethodnog eksperimenta Velikog podzemnog ksenona (LUX) i programa ZEPLIN za tamnu tvar. Ideja je otkriti česticu tamne materije u interakciji s atomom ksenona, što uzrokuje lančanu reakciju u komori koja će na kraju izbaciti ultraljubičasto svjetlo i osloboditi baraž elektrona. Neposredno nakon paljenja tekućeg ksenona, plin ksenon u komori iznad njega reagirat će emitirajući elektrone i emitirajući drugi, svjetliji puls svjetlosti. Fizičari koji rade na projektu opisuju ga kao "zvono" koje će zazvoniti kad je izloženo čestici tamne materije.
"Čestice tamne materije mogu biti upravo ovdje u sobi, proći vam kroz glavu i možda se povremeno sudariti s nekim atomima", rekao je Duncan Carlsmith, profesor fizike na UW-Madison, u priopćenju za medije.
Shematski prikaz podzemnog laboratorija LUX-ZEPLIN
Ranije ovog mjeseca, Ministarstvo energetike odobrilo je završne faze izgradnje LZ u rudniku zlata, službeno nazvanom Podzemni istraživački centar Sanford. U međuvremenu, istraživači rade s manjim prototipom uređaja kako bi osigurali da, kada "veliki" LZ lansira 2020. godine, neće biti osjetljiv na smetnje.
Kako bi osigurali da ništa osim tamne materije ne djeluje s tekućim ksenonom, tim gradi dvije vanjske komore dizajnirane za otkrivanje i uklanjanje svih onečišćujućih čestica. Komora će biti napunjena s 10 tona tekućeg ksenona i više od 500 fotomultiplikatorskih cijevi - vakuumskih cijevi, koje su ultra osjetljivi svjetlosni detektori i nadgledat će LZ. Ako bilo što drugo osim tamne tvari poremeti ostatak ksenona, detektori će morati pokazati da je ovo lažni alarm.
Promotivni video:
Čim instalacija u podzemnom rudniku bude gotova i eksperiment započne, ostaje samo pričekati. Fizičari će tražiti masivne čestice koje slabo djeluju ili WIMP, koji su hipotetički građevni blokovi tamne tvari. Vjeruje se da veći dio vremena WIMP-i prolaze kroz običnu materiju bez ikakvog traga, ali povremeno se mogu sudariti s običnim česticama.
Sudionici projekta LUX-ZEPLIN sastavili su minijaturnu kopiju buduće instalacije. Prije provođenja globalnog eksperimenta, trebate ga testirati na manjem i skupljem modelu.
LZ će ostati uključen najmanje pet godina, ali svi se nadaju da će moći prvi put otkriti WIMP-ove ili ih na drugi način isključiti kao eteričnu tvar koja čini tamnu tvar. Drugi eksperimenti u Wisconsinovom IceCube centru za astrofiziku čestica, kao i projekti u Italiji i Kini, provode vlastite eksperimente kako bi pronašli izravne dokaze o postojanju tamne tvari. Fizičari UW-Madison također koriste Veliki hadronski sudarač u pokušaju otkrivanja tamne tvari koja nastaje sudarom čestica visoke energije. Utrka otkrivača tamne materije je u punom jeku!
Ako uspijemo pronaći i izmjeriti ovu tvar, steći ćemo bolje razumijevanje kako svemir djeluje nego ikad prije. Moguće je da tamna tvar čini više od 25 posto čitavog kozmosa, a nakon što otkrijemo specifična svojstva materijala, ona može otkriti tajne koje su nam dugo ostale skrivene.
