V zapuščenem rudniku zlata, ki se nahaja eno miljo od Leeda v Južni Dakoti, inženirji in fiziki z univerze Wisconsin-Madison delajo na komori, ki vsebuje 10 ton tekočega ksenona. Upajo, da bodo v podzemnem rudniku, kjer bo poskusni prostor zaščiten pred sončnimi delci in kozmičnim sevanjem, prvič lahko zaznali temno snov.
Objavili smo že podrobno analizo, kakšna je lahko skrivnostna temna snov z vidika sodobne fizike. Začetna hipoteza se je pojavila v tridesetih letih prejšnjega stoletja, ko so astronomi ugotovili, da galaksiji primanjkuje sile gravitacije, da bi ohranila svojo strukturo samo zaradi vidnih virov - zvezd, planetov, črnih lukenj itd. doslej ga še ni bilo mogoče zaznati, njegov obstoj so ugotovili le s pomočjo gravitacijskih matematičnih modelov. Astronomi pa verjamejo, da je v resnici v vesolju petkrat več temne snovi kot vidne snovi. Ekipa UW-Madison se je odločila končati to negotovost.
Poskus rudnika zlata v Južni Dakoti se imenuje LUX-ZEPLIN ali na kratko LZ. Gre za razširjeno različico prejšnjega eksperimenta LUX (Large Underground Xenon) in programa ZEPLIN za temno snov. Ideja je zaznati delce temne snovi, ko medsebojno deluje z atomom ksenona, kar povzroči verižno reakcijo v komori, ki bo sčasoma izločila ultravijolično svetlobo in sprostila pretok elektronov. Takoj po vžigu tekočega ksenona bo ksenonski plin v komori nad njim reagiral tako, da bo oddajal elektrone in oddajal drugi, svetlejši impulz svetlobe. Fiziki, ki delajo na projektu, ga opisujejo kot "zvonec", ki bo zazvonil, če bo izpostavljen delcu temne snovi.
"Delci temne snovi so lahko tu v sobi, skozi vašo glavo in morda občasno trčijo z nekaterimi atomi," je v sporočilu za javnost dejal Duncan Carlsmith, profesor fizike na UW-Madison.
Shematski prikaz podzemnega laboratorija LUX-ZEPLIN
V začetku tega meseca je ministrstvo za energijo odobrilo zaključne faze gradnje LZ v rudniku zlata, uradno imenovanem Sanford Underground Research Center. Medtem raziskovalci sodelujejo z manjšo prototipno napravo, da bi zagotovili, da ob začetku velikega LZ leta 2020 ne bo dovzeten za motnje.
Da bi zagotovili, da nič drugega kot temna snov ne vpliva na tekoči ksenon, ekipa gradi dve zunanji komori, namenjeni odkrivanju in odstranjevanju morebitnih onesnažujočih delcev. Komoro bo napolnilo 10 ton tekočega ksenona in več kot 500 fotomultiplikatorjev - vakuumskih cevi, ki so ultra občutljivi svetlobni detektorji in bodo nadzirali LZ. Če kaj drugega kot temna snov pokvari preostali del ksenona, bodo detektorji morali pokazati, da gre za lažni alarm.
Promocijski video:
Takoj, ko je namestitev v podzemnem rudniku pripravljena in se poskus začne, ostane samo še počakati. Fiziki bodo iskali šibko delujoče masivne delce ali WIMP, ki so hipotetični gradniki temne snovi. Menijo, da WIMP večino časa preide skozi navadno snov brez sledu, vendar lahko občasno trčijo z navadnimi delci.
Udeleženci projekta LUX-ZEPLIN so sestavili miniaturno kopijo prihodnje instalacije. Pred izvedbo globalnega eksperimenta ga morate preizkusiti na manjšem in dražjem modelu.
LZ bo deloval vsaj pet let, vendar vsi upajo, da bo lahko prvič zaznal WIMP ali pa jih drugače izključil kot eterično snov, ki tvori temno snov. Drugi poskusi v Wisconsinskem centru za astrofiziko delcev IceCube, pa tudi projekti v Italiji in na Kitajskem, izvajajo lastne eksperimente, da bi našli neposredne dokaze o obstoju temne snovi. Fiziki UW-Madison uporabljajo tudi Veliki hadronski trkalnik, da bi zaznali temno snov, ki nastane ob trku visokoenergijskih delcev. Tekma za odkrivalce temne snovi je v polnem razmahu!
Če bomo lahko našli in izmerili to snov, bomo bolje razumeli, kako deluje vesolje kot kdaj koli prej. Možno je, da temna snov predstavlja več kot 25 odstotkov celotnega kozmosa in ko enkrat odkrijemo specifične lastnosti materiala, lahko razkrije skrivnosti, ki so nam dolgo ostale skrite.