V kraljestvu raziskav temne snovi, kot je v kitajski trgovini, je slon: trditev, v katero je težko verjeti, nemogoče potrditi in presenetljivo težko razložiti. Toda zdaj imamo štiri instrumente z isto vrsto detektorja kot sodelovanje, ki je lastnik te sporne trditve. V naslednjih treh letih bodo ti poskusi bodisi potrdili obstoj temne snovi bodisi zanikali trditev enkrat za vselej, pravijo fiziki, ki delajo na njih.
"Vse se bo izšlo," pravi Frank Kalaprice z univerze Princeton v New Jerseyju, ki vodi enega od poskusov.
Prvotno napoved je dala kolaboracija DAMA, katere detektor se nahaja v laboratoriju globoko pod gorskim pogorjem Gran Sasso vzhodno od Rima. Pred desetletjem je predložila neverjetne dokaze za temno snov, nevidno snov, za katero se verjame, da z gravitacijskim potegom povezuje galaksije. Prvi od novih detektorjev bo v Južni Koreji začel delovati šele čez nekaj tednov. Preostali del bodo začeli v naslednjih nekaj letih v Španiji, Avstraliji in Gran Sasso. Vsi bodo uporabili kristale natrijevega jodida za iskanje temne snovi, česar pa razen DAMA ni izvedel noben obsežen eksperiment.
Znanstveniki so zelo prepričani v obstoj temne snovi in da je ta vsaj petkrat večji od običajne snovi. Toda njegova narava ostaja skrivnostna. Glavna hipoteza je, da vsaj del njene mase sestavljajo šibki medsebojno delujoči delci (WIMP), ki morajo občasno trčiti z atomskimi jedri na Zemlji.
Kristali natrijevega jodida bi morali oddajati trenutek svetlobe, če se to zgodi v detektorju. Medtem ko naravna radioaktivnost proizvaja tudi takšne vžigalnike, je DAMA že leta 1998 napovedala odkritje WIMP, pri čemer se je sklicevala na dejstvo, da je število izstrelkov na dan nihalo glede na letni čas.
To bi lahko pričakovali, če signal generirajo WIMP-ji, ki se razlijejo na Zemljo, ko se sončni sistem premika skozi halo temne snovi Mlečne poti. V tem primeru bi moralo število delcev, ki prečkajo Zemljo, doseči največ, ko se orbitalno gibanje planeta v začetku junija uskladimo z gibanjem Sonca in se zmanjša, ko se giblje proti Soncu, v začetku decembra.
Vendar obstaja ena velika težava. "Če bi bila resnično temna materija, bi jo do zdaj videli že mnogi drugi eksperimenti," pravi Thomas Schwetz-Mangold, teoretični fizik s Karlsruhe tehnološkega inštituta v Nemčiji - in tega še nihče ni videl. Vendar hkrati vsi poskusi, da bi v eksperimentu DAMA našli pomanjkljivosti, vključno z vplivi na okolje, ki jih znanstveniki niso upoštevali, niso bili uspešni. "Obstaja modulacijski signal," pravi Kaijuan Ni z kalifornijske univerze v San Diegu, ki dela na poskusu temne snovi XENON1T. "Toda kako razlagati ta signal - v prid temni snovi ali kaj drugega -, ni jasno."
V nobenem drugem eksperimentu s polnim obsegom v svojem detektorju ni uporabljen natrijev jodid, čeprav je KIMS v Južni Koreji uporabljal cezijev jodid. Tako ostaja možnost, da temna snov deluje na natrij na nek način drugače kot z drugimi elementi. "Dokler nekdo ne izstreli detektorja na isti element, ki je pustil namig, ne morete biti prepričani v nič," pravi Juan Collar z univerze v Chicagu v Illinoisu, ki je sodeloval pri več poskusih s temno snovjo.
Promocijski video:
Mnogi so se soočili s težavo gojenja kristalov natrijevega jodida s potrebno čistostjo. Prav tako izstopa onesnaženost s kalijem, ki ima naravno radioaktivni izotop.
Toda tri skupine znanstvenikov - KIMS, DM-Ice z univerze Yale v New Havenu in ANAIS z univerze v Zaragozi v Španiji - so uspele pridobiti kristale s stopnjo radioaktivnosti v ozadju, polovico manjše od DAMA. Znanstveniki pravijo, da je dovolj čist, da lahko preizkusite njene rezultate.
Znanstveniki iz KIMS in DM-Ice so v sodelovanju s podzemnim laboratorijem Yangyang, 160 kilometrov vzhodno od Seula, zgradili detektor natrijevega jodida. Orodje uporablja senzor "aktivnega veta", ki bo bolje razlikoval temno snov od hrupa iz ozadja kot DAMA, pravi Yengduk Kim, direktor Južnokorejskega centra za podzemno fiziko v Daejeonu, ki vodi KIMS.
ANAIS gradi podoben detektor v podzemnem laboratoriju Canfranc na španskih Pirenejih. Skupaj bodo KIMS, DM-Ice in ANAIS prenesli več kot 200 kilogramov natrijevega jodida in si izmenjali podatke. V primerjavi s 250 kilogrami, ki jih je imel DAMA, znanstveniki pričakujejo, da bodo ujeli podobno število WIMP. Medtem ko bodo novi detektorji imeli višji nivo hrupa v ozadju, lahko ponarejajo ali reproducirajo najmočnejši signal DAMA, pravi Reina Maruyama z univerze Yale, ki vodi DM-Ice.
Toda Kalapris trdi, da je visoka čistost pomembnejša od mase. Skupaj s sodelavci je razvil način za zmanjšanje onesnaževanja in januarja napovedal prejem kristalov, ki so čistejši od kristalov DAMA. Upa, da bo raven ozadja še zmanjšal, in sicer do ene desetine DAMA.
Njegov projekt SABER (Active Background Rejection Sodium Iodide) bo postavil enega detektorja v Gran Sasso in drugega v laboratorij za podzemno fiziko Stowell, ki ga gradijo v rudniku zlata v državi Victoria v Avstraliji. SABER bo uporabil detektor, ki loči signal temne snovi od hrupa in bo tehtal približno 50 kilogramov.
Kaberpris bo povedal, da bo SABER končal svoje raziskave in razvoj v približno enem letu in začel graditi svoje detektorje. Potem bo tehnologija postala na voljo drugim laboratorijem - nekaj, kar DAMA ni storila. In če imate na severni in južni polobli dva enaka detektorja, lahko razumete, ali bi lahko vplivi na okolje ponarejali sezonskost temne snovi v rezultatih DAMA - če bi signal prišel iz WIMP, bosta oba detektorja videla vrhove hkrati.
DAMA je zelo prepričana v svoje rezultate, pravi Rita Bernabei z univerze v Rimu. Ni ravno navdušena nad prihajajočim zagonom detektorjev natrijevega jodida. "Naši rezultati so bili potrjeni že večkrat v 14 letih, zato se nimamo razloga veseliti, kaj bodo počeli drugi," pravi. Če drugi poskusi ne bodo videli letnih modulacij, se bo sodelovanje preprosto odločilo, da niso bili dovolj občutljivi.
Kaj pa, če imajo znanstveniki DAMA prav? "Sprva nisem želela verjeti DAMA rezultatom, sploh jih nisem jemala resno," pravi Catherine Freese, teoretičarka astro delcev z univerze v Michiganu v Ann Arboru, ki je predlagala metodo DAMA za sezonsko modulacijo. A ker druge razlage za njihov signal niso našli, je bila pomirjena. "Bolj ko človek proučuje njihov eksperiment, bolj se zaveda, kako dobro je narejen."
Ilya Khel