V oblasti výskumu temných hmôt, podobne ako v obchode s porcelánom, existuje slon: tvrdenie, ktorému je ťažké uveriť, je nemožné ho potvrdiť a prekvapivo ťažké vysvetliť. Teraz však máme štyri nástroje s rovnakým typom detektora ako spolupráca, ktorá vlastní tento kontroverzný nárok. V priebehu nasledujúcich troch rokov tieto experimenty buď potvrdia existenciu temnej hmoty, alebo vyvrátia tvrdenie raz a navždy, hovoria fyzici.
„Všetko bude fungovať,“hovorí Frank Kalaprice z Princetonskej univerzity v New Jersey, ktorý vedie jeden z experimentov.
Počiatočné oznámenie bolo uskutočnené spoluprácou DAMA, ktorej detektor sa nachádza v laboratóriu hlboko pod pohorím Gran Sasso východne od Ríma. Pred desiatimi rokmi poskytla úžasné dôkazy o temnej hmote, neviditeľnej látke, o ktorej sa predpokladá, že jej gravitačné pôsobenie spája galaxie. Prvý z nových detektorov začne fungovať v Južnej Kórei za pár týždňov. Zvyšok sa začne v najbližších rokoch v Španielsku, Austrálii a Gran Sasso. Všetci budú používať kryštály jodidu sodného na vyhľadávanie tmavej hmoty, čo s výnimkou DAMA neurobil žiadny experiment vo veľkom meradle.
Vedci sú veľmi presvedčení o existencii temnej hmoty a že je najmenej päťkrát väčšia ako normálna hmota. Ale jeho povaha zostáva tajomná. Najdôležitejšou hypotézou je, že aspoň časť jej hmoty pozostáva zo slabo interagujúcich častíc (WIMP), ktoré sa musia občas zrážať s atómovými atómami na Zemi.
Kryštály jodidu sodného by mali emitovať záblesk svetla, ak k tomu dôjde v detektore. Zatiaľ čo prírodná rádioaktivita spôsobuje také ohniská, spoločnosť DAMA oznámila objav WIMP už v roku 1998, citujúc skutočnosť, že počet ohnísk vyprodukovaných za deň kolísal podľa ročných období.
To by sa dalo očakávať, keby signál generovali WIMP, ktoré sa šíria na Zem, keď sa slnečná sústava pohybuje po temnej hmote halo Mliečnej dráhy. V tomto prípade by sa mal počet častíc, ktoré prechádzajú Zemou, vyvrcholiť, keď sa orbitálny pohyb planéty zarovná s pohybom Slnka začiatkom júna a zníži sa, keď sa pohyb začne proti Slnku začiatkom decembra.
Je tu však jeden veľký problém. „Keby to bola skutočne temná hmota, mnoho ďalších experimentov by to už videlo,“hovorí Thomas Schwetz-Mangold, teoretický fyzik na nemeckom technologickom inštitúte v Karlsruhe - zatiaľ to nikto nevidel. Zároveň však všetky pokusy o nájdenie slabých stránok v experimente DAMA, vrátane účinkov na životné prostredie, ktoré vedci nezohľadnili, neboli úspešné. „Existuje modulačný signál,“hovorí Kaijuan Ni z kalifornskej univerzity v San Diegu, ktorý pracuje na experimente s tmavou hmotou XENON1T. „Ale ako interpretovať tento signál - v prospech temnej hmoty alebo niečoho iného - nie je jasné.“
Žiadny iný experiment v plnom rozsahu nepoužíval jodid sodný vo svojom detektore, hoci KIMS v Južnej Kórei používal jodid cézny. Existuje teda možnosť, že temná hmota interaguje so sodíkom iným spôsobom ako s inými prvkami. „Kým niekto nevystrelí detektor na ten istý prvok, ktorý zanechal náznak, nemôžete si byť istí ničím,“hovorí Juan Collar z University of Chicago v Illinois, ktorý pracoval na niekoľkých experimentoch s temnou hmotou.
Propagačné video:
Mnohé čelili problémom s pestovaním kryštálov jodidu sodného s požadovanou čistotou. Vyniká aj kontaminácia draslíkom, ktorý má prirodzene sa vyskytujúci rádioaktívny izotop.
Ale tri tímy vedcov - KIMS, DM-Ice z Yale University v New Haven a ANAIS z University of Zaragoza v Španielsku - dokázali získať kryštály s úrovňou rádioaktivity v pozadí polovičnou ako DAMA. Vedci tvrdia, že je dostatočne čistý na to, aby otestoval jej výsledky.
Vedci z KIMS a DM-Ice postavili detektor jodidu sodného v spojení s podzemným laboratóriom Yangyang, 160 km východne od Soulu. Tento nástroj používa senzor „aktívneho veta“, ktorý lepšie rozlíši tmavú hmotu od hluku ako DAMA, hovorí Yengduk Kim, riaditeľ Juhokórejského centra pre podzemnú fyziku v Daejeone, ktorý prevádzkuje KIMS.
ANAIS stavia podobný detektor v podzemnom laboratóriu v Canfrancu v španielskych Pyrenejach. Spoločne budú KIMS, DM-Ice a ANAIS prenášať viac ako 200 kilogramov jodidu sodného a vymieňať si údaje. V porovnaní s 250 kilogrammi, ktoré mala DAMA, vedci očakávajú, že chytia podobný počet WIMP. A zatiaľ čo nové detektory budú mať vyššiu úroveň šumu v pozadí, budú schopné falošné alebo reprodukovať najsilnejší signál DAMA, hovorí Reina Maruyama z Yale University, ktorá prevádzkuje DM-Ice.
Ale Kalapris tvrdí, že vysoká čistota je dôležitejšia ako masa. Spolu s kolegami vyvinul spôsob na zníženie znečistenia av januári oznámil príjem kryštálov, ktoré sú čistejšie ako kryštály DAMA. Dúfa, že úroveň pozadia bude ďalej znížená až na jednu desatinu DAMA.
V jeho projekte SABER (Active Background Rejection Sodium Iodide) sa umiestni jeden detektor v Gran Sasso a druhý v Stowell Underground Physics Laboratory, ktoré sa buduje v zlatej bani vo austrálskom štáte Victoria. SABER použije detektor, ktorý oddeľuje signál tmavej hmoty od hluku a bude vážiť asi 50 kilogramov.
Spoločnosť SABER ukončí výskum a vývoj približne o rok a krátko nato začne budovať detektory, hovorí Kalapris. Táto technológia sa potom sprístupní iným laboratóriám - niečo, čo DAMA neurobil. A ak máte dva identické detektory v severnej a južnej pologuli, môžete pochopiť, či účinky na životné prostredie môžu predstierať sezónnosť tmavej hmoty vo výsledkoch DAMA - ak signál pochádza z WIMP, obidva detektory uvidia súčasne vrcholy.
DAMA je veľmi presvedčená o svojich výsledkoch, hovorí Rita Bernabei z Rímskej univerzity. Nie je nadšená z nadchádzajúcich spustení detektorov jodidu sodného. „Naše výsledky boli mnohokrát overené počas 14 rokov, takže nemáme dôvod sa tešiť na to, čo ostatní urobia,“hovorí. Ak iné experimenty neuvidia ročné modulácie, spolupráca jednoducho rozhodne, že neboli dostatočne citlivé.
Čo ak však vedci DAMA majú pravdu? „Najskôr som nechcel uveriť výsledkom DAMA, dokonca som ich nebral vážne,“hovorí Katherine Freese, teoretička astro-častíc na Michiganskej univerzite v Ann Arbor, ktorá navrhla metódu sezónnej modulácie DAMA. Keďže však nebolo nájdené žiadne ďalšie vysvetlenie ich signálu, bola upokojená. „Čím viac človek študuje svoj experiment, tým viac si uvedomí, ako sa mu darí.“
Ilya Khel