V opustenej bani na zlato, ktorá sa nachádza asi 1,6 km od Leedu v Južnej Dakote, pracujú inžinieri a fyzici na univerzite vo Wisconsine-Madisone na komore obsahujúcej 10 ton tekutého xenónu. Dúfajú, že v podzemnej bani, kde bude experimentálny priestor chránený pred slnečnými časticami a kozmickým žiarením, budú môcť po prvýkrát detekovať tmavú hmotu.
Podrobný rozbor toho, čo môže byť tajomná temná hmota z pohľadu modernej fyziky, sme už zverejnili. Počiatočná hypotéza sa objavila v 30. rokoch, keď si astronómovia uvedomili, že galaxii chýba sila gravitácie, aby si udržala svoju štruktúru iba vďaka svojim viditeľným zdrojom - hviezdam, planétam, čiernym dieram atď. doteraz to nebolo možné zistiť, jeho existencia sa odvodila iba pomocou gravitačných matematických modelov. Astronómovia sa však domnievajú, že v skutočnosti môže byť vo vesmíre päťkrát viac tmavej hmoty ako viditeľnej. Tím UW-Madison sa rozhodol ukončiť túto neistotu.
Experiment Južnej Dakoty so zlatou baňou sa nazýva LUX-ZEPLIN alebo skrátene LZ. Je to rozšírená verzia predchádzajúceho experimentu s veľkým xenónom (LUX) a programu temnej hmoty ZEPLIN. Ide o detekciu častice tmavej hmoty pri jej interakcii s atómom xenónu, čo spôsobí reťazovú reakciu v komore, ktorá nakoniec uvoľní ultrafialové svetlo a uvoľní príval elektrónov. Ihneď po vznietení kvapalného xenónu bude plyn xenónu v komore nad ním reagovať vyžarovaním elektrónov a vyžarovaním druhého, jasnejšieho impulzu svetla. Fyzici pracujúci na projekte ho popisujú ako „zvon“, ktorý zazvoní, keď bude vystavený častice tmavej hmoty.
"Čiastočky tmavej hmoty môžu byť priamo tu v miestnosti, prechádzať vašou hlavou a prípadne sa občas zraziť s niektorými atómami," uviedol v tlačovej správe Duncan Carlsmith, profesor fyziky UW-Madison.
Schematické znázornenie podzemného laboratória LUX-ZEPLIN
Začiatkom tohto mesiaca ministerstvo energetiky schválilo posledné fázy výstavby LZ v bani na zlato, ktorá má oficiálny názov Sanford Underground Research Center. Vedci medzitým pracujú s menším prototypom zariadenia, aby zabezpečili, že keď sa „veľká“LZ spustí v roku 2020, nebude náchylná na rušenie.
Aby sa zabezpečilo, že nič iné ako tmavá hmota neinteraguje s kvapalným xenónom, tím buduje dve vonkajšie komory určené na detekciu a odstránenie akýchkoľvek znečisťujúcich látok. Komora bude naplnená 10 tonami kvapalného xenónu a viac ako 500 fotonásobičmi - elektrónkami, ktoré sú ultracitlivými detektormi svetla a budú monitorovať LZ. Ak niečo iné ako tmavá hmota rozbije zvyšok xenónu, detektory budú musieť preukázať, že ide o falošný poplach.
Propagačné video:
Hneď ako je inštalácia v podzemnej bani pripravená a experiment je spustený, zostáva len čakať. Fyzici budú hľadať slabo interagujúce masívne častice alebo WIMP, ktoré sú hypotetickými stavebnými kameňmi tmavej hmoty. Predpokladá sa, že väčšinu času WIMP prechádzajú bežnou hmotou bez akýchkoľvek stôp, môžu však občas naraziť na obyčajné častice.
Účastníci projektu LUX-ZEPLIN zhromaždili miniatúrnu kópiu budúcej inštalácie. Pred uskutočnením globálneho experimentu si ho musíte vyskúšať na menšom a nákladnejšom modeli.
LZ zostane aktívna najmenej päť rokov, ale každý dúfa, že bude schopný detekovať WIMP po prvýkrát alebo ich inak vylúčiť ako éterickú látku, ktorá tvorí tmavú hmotu. Ďalšie experimenty vo Wisconsinskom Centre pre časticovú astrofyziku IceCube, ako aj projekty v Taliansku a Číne uskutočňujú vlastné experimenty s cieľom nájsť priamy dôkaz o existencii temnej hmoty. Fyzici z UW-Madison tiež používajú urýchľovač veľkého hadrónu pri pokuse o detekciu tmavej hmoty, ktorá vzniká pri zrážke vysokoenergetických častíc. Závod o objaviteľov temnej hmoty je v plnom prúde!
Ak dokážeme nájsť a zmerať túto látku, získame lepšie pochopenie fungovania vesmíru ako kedykoľvek predtým. Je možné, že temná hmota tvorí viac ako 25 percent celého kozmu a akonáhle objavíme špecifické vlastnosti materiálu, môže odhaliť tajomstvá, ktoré pred nami dlho zostali skryté.