Eksperyment przeprowadzony głęboko pod ziemią, w opuszczonej kopalni soli, zarejestrował dwa zdarzenia, które mogą być pierwszymi kluczowymi dowodami na istnienie ciemnej materii. Artykuł prezentujący przełomowe wyniki badań opublikował prestiżowe czasopismo "Nature".
To może być największe odkrycie współczesnej fizyki. Ciemna materia ma być bowiem zdaniem wielu fizyków podstawowym elementem budowy Wszechświata. Teraz pojawiają się kolejne kluczowe dowody na to, że faktycznie istnieje.
O rewelacjach na temat przełomowego badania głośno było jednak długo przed piątkową publikacją. Na początku grudnia sieć obiegły artykuły i plotki blogerów, donoszących o sukcesie eksperymentu z USA. "Nature" konsekwentnie zaprzeczało, że taka publikacja jest planowana.
Teraz jednak to prestiżowe pismo opublikowało artykuł w którym podkreśla, że jeśli naukowcom z Minnesoty (USA) uda się potwierdzić swój eksperyment, będzie to koniec dziesięcioleci debat na temat tajemniczych cząstek, wypełniających cały Wszechświat - czyli ciemnej materii.
Co zarejestrowały detektory?
Chodzi o dwa zdarzenia, zarejestrowane przez detektory Cryogenic Dark Matter Search II (CDMSII) jeszcze w 2007. Według naukowców, są one z dużym prawdopodobieństwem śladem pozostawionym przez ciemną materię, a konkretnie przez "słabo oddziałujące masywne cząstki", w skrócie WIMP (od Weakly Interacting Massive Particles).
Każda z takich cząstek może być masywna jak cały atom, ale niezwykle rzadko ujawnia się w interakcji z konwencjonalną materią. Prawdopodobne WIMP-y zostały uchwycone za pomocą kryształów germanu i krzemu, schłodzonych niemal do zera absolutnego (- 273.15 st. Celsjusza). Gdy WIMP uderzają w taki kryształ, powinno wywołać to wibracje, które doprowadziłyby do wzrostu temperatury. Pojawić powinno się także niewielkie wyładowanie na powierzchni kryształów.
Porównanie wielkości i czasu tych dwóch sygnałów ma pomóc w uznaniu, czy zdarzenia były wywołane przez WIMP. Oczywiście, bez potwierdzenia eksperymentu nadal nie można wykluczyć, że wskazania CDMSII mogły być spowodowane przez konwencjonalne cząstki.
80 lat poszukiwań
Idea ciemnej materii pojawiła się po raz pierwszy w latach 30-tych. Jej istnienie zaproponował szwajcarski astronom Fritz Zwicky obserwując zagadkowe zachowania gromad galaktyk.
Od tego czasu badania struktury Kosmosu i obrotów galaktyk, zdawały się potwierdzać, że musi między ciałami istnieć niewidzialna forma materii wypełniająca Wszechświat. Według różnych wyliczeń, stanowić ma ona ponad 85 proc. całego materiału Kosmosu.
Wątpliwości...
Naukowcy z CDMSII o sukcesie niewiele mówią, czekają bowiem na recenzje świata naukowego. Ale w zaplanowanej serii wykładów w USA i Europie, mają - spodziewa się "Nature" - ogłosić, dokładne dane kandydatów na cząstki WIMP.
Prawdopodobieństwo, że udało się uchwycić właśnie ciemną materię wynosi 75 proc. - Trzy czwarte to wciąż za mało, by stwierdzić definitywnie detekcję WIMP - podkreślił Timothy Sumner, fizyk z Imperial College London, który prowadzi inny eksperyment szukający ciemną materię (Zeplin-III). Jak tłumaczy, nie można bowiem wykluczyć, że wynik eksperymentu jest spowodowany zakłóceniami tła. Nawet mimo zabezpieczenia eksperymentu, prowadzonego kilkaset metrów pod ziemią, ołowianymi blokami.
Problem polega też na tym, że zarejestrowano tylko dwa zdarzenia. Gdyby ich było chociaż pięć - pisze "Nature" - można by ogłosić odkrycie. W tej sytuacji można mówić wciąż tylko o prawdopodobieństwie. - To, co możemy powiedzieć najlepszego na temat tego eksperymentu, to że jest wskazówką. Bardzo interesującą - powiedział John Ellis, fizyk z CERN.
Polowanie trwa
Wyniki badań w CDMSII są ostatnimi, z całej serii prawdopodobnych wskazań istnienia ciemnej materii. W sierpniu 2008 roku, włoski eksperyment satelitarny PAMELA wykazał zgrupowanie antyelektronów (pozytronów, elementarnych cząstek antymaterii), które mogą być efektem anihilacji cząstek ciemnej materii.
Z kolei w październiku teleskop Fermi (NASA) spostrzegł świetlną mgłę o wysokiej energii w centrum naszej Galaktyki, która mogła być śladem ciemnej materii.
Dane z CDMSII z pewnością staną się teraz obiektem weryfikacji m.in. w Genewie, gdzie znajduje się Wielki Zderzacz Hadronów (LHC). - LHC rozpozna to z łatwością i relatywnie szybko - powiedział Ellis. Być może już pod koniec roku 2010, dodał.
Być może nie będzie trzeba czekać na potwierdzenie eksperymentu CDSMII nawet do końca przyszłego roku. Projekty, takie jak Zeplin-III analizują już dane z USA. - Możliwe potwierdzenie może przyjść bardzo szybko - podkreślił Sumner.
Źródło: "Nature"
Źródło zdjęcia głównego: cern, stanford.edu