Detektor XENON1T, największe poszukiwanie „ciężkiej” ciemnej materii, wykluczył istnienie jasnych form ciemnej materii i „po omacku” pierwsze oznaki istnienia nieoczekiwanie ciężkich cząstek tej tajemniczej substancji - powiedzieli uczestnicy projektu na konferencji prasowej we włoskim laboratorium Gran Sasso.
„Jak dotąd można powiedzieć tylko jedno - ta cholerna cząstka wciąż się przed nami ukrywa. Z jednej strony nie znaleźliśmy śladów jego istnienia w zakresie mas do 200 GeV. Z drugiej strony nasze modele nie wykluczają istnienia cięższych WIMP-ów. Mamy nawet wskazówki na ten temat w danych, chociaż ich znaczenie statystyczne jest niewielkie - tylko jedna sigma i chciałabym wierzyć, że to nie przypadek”- powiedziała Elena Aprile, oficjalna przedstawicielka współpracy XENON1T.
Świat za ciemnym ekranem
Naukowcy przez długi czas wierzyli, że wszechświat składa się z materii, którą widzimy i która stanowi podstawę wszystkich gwiazd, czarnych dziur, mgławic, gromad pyłu i planet. Jednak pierwsze obserwacje prędkości ruchu gwiazd w pobliskich galaktykach wykazały, że gwiazdy na ich obrzeżach poruszają się w nich z niewiarygodnie dużą prędkością, która była około 10 razy większa niż wykazały obliczenia oparte na masach wszystkich gwiazd w nich.
Przyczyną tego, zdaniem dzisiejszych naukowców, była tak zwana ciemna materia - tajemnicza substancja, która stanowi około 75% masy materii we Wszechświecie. Zwykle każda galaktyka ma około 8-10 razy więcej ciemnej materii niż jej widzialny kuzyn, a ta ciemna materia utrzymuje gwiazdy w miejscu i zapobiega ich rozpraszaniu.
Dziś prawie wszyscy naukowcy są przekonani o istnieniu ciemnej materii, ale jej właściwości, oprócz oczywistego wpływu grawitacji na galaktyki i gromady galaktyk, pozostają tajemnicą i przedmiotem kontrowersji wśród astrofizyków i kosmologów. Przez długi czas naukowcy zakładali, że składa się on z superciężkich i „zimnych” cząstek - „mięczaków”, które nie manifestują się w żaden sposób, z wyjątkiem przyciągania widocznych skupisk materii.
Naukowcy próbują dziś znaleźć takie cząstki za pomocą gigantycznych podziemnych detektorów wypełnionych absolutnie czystym ksenonem. Jądra atomów gazu szlachetnego, jak wcześniej przypuszczali naukowcy, musiały wchodzić w interakcje z „WIMPami” w specjalny sposób, który można było wykryć obserwując błyski światła wewnątrz skroplonego ksenonu.
Film promocyjny:
W ciągu ostatnich dwóch dekad naukowcy stworzyli kilkanaście takich detektorów o rosnącej objętości i masie, z których żaden nie był w stanie wykryć śladów interakcji ksenon-WIMP. Szczególne nadzieje wiązano z projektem XENON1T - detektorem zbudowanym we włoskim laboratorium Gran Sasso w 2014 roku i zawierającym rekordowe 3,5 tony ksenonu, czyli około 10 razy więcej niż masa wszystkich konkurentów.
Klucz do wszechświata
Pierwsze wyniki, zaprezentowane przez zespół XENON1T w listopadzie ubiegłego roku, ponownie okazały się „zerowe” - zespół ponad stu fizyków z 21 krajów świata nie znalazł żadnych znaczących śladów istnienia „mięczaków” w bardzo szerokim zakresie mas i energii.
Aprile i jej koledzy przedstawili dzisiaj wyniki analizy pełnego zbioru danych, które zasadniczo potwierdziły ich wstępne ustalenia, z kilkoma drobnymi wyjątkami. Jak zauważają naukowcy, udało im się wykluczyć możliwość istnienia lekkich „WIMPów” o masach od 6 do 30 GeV i praktycznie zerować szanse na wykrycie cząstek o masie do 200 GeV.
Z drugiej strony zebrane przez nich dane nie są sprzeczne i, według samej Aprile, wskazują, że cząstki ciemnej materii w rzeczywistości mają znacznie większą masę niż wcześniej zakładali fizycy.
„Nasze zadanie jest teraz bardzo proste - wystarczy kontynuować obserwację, jednocześnie obniżając poziom hałasu i zwiększając czułość. Wydaje mi się, że po kolejnej aktualizacji detektorów albo będziemy mogli udać się do VIMP-ów, albo ostatecznie zamkniemy kwestię ich istnienia”- kontynuuje fizyk.
Według niej uczestnicy XENON1T już montują nową wersję detektora, w której masa ksenonu zostanie zwiększona do czterech ton, a poziom zakłóceń zmniejszy się co najmniej 10-krotnie. Jego instalacja zakończy się w tym roku, a pierwsze dane naukowe otrzyma w połowie 2019 roku.