ZNANOST: hrvatski znanstveni portal

Novi podaci o tamnoj materiji

Istraživačka skupina XENON je prije nekoliko dana objavila rezultate novog istraživanja prirode tamne materije, zagonetne komponente našeg Svemira. Nakon obrade podataka dobivenih eksperimentom XENON100, koja je trajala čak sto dana, nije potvrđeno postojanje masivnih čestica koje međureagiraju slabašno (eng. Weakly Interacting Massive Particles ili kraće WIMP). Dosad se smatralo kako je tajanstvena tamna materija izgrađena upravo od WIMP čestica. Eksperiment XENON100 proveden je duboko ispod laboratorija Gran Sasso, u sklopu Talijanskog nacionalnog instituta za fiziku (INFN).

Iako je istraživačka skupina opazila tri događaja koji bi mogli odgovarati predviđanjima teoretskog modela, dva su predviđena u konjunkciji s pozadinskim zračenjem. Radi se o dosad najosjetljivijem eksperimentu provedenom u svrhu istraživanja tamne materije te kao takav služi kao smjernica za postavljanje budućih modela čestične prirode tamne materije. Znanstvenici se nadaju da će ti novi modeli učinkovitije suziti područje potrage za WIMP česticama. Članak vezan uz istraživanje poslan je na uvid znanstvenom časopisu Physical Review Letters, a objavljen je na portalu arXiv, internetskom portalu sveučilišne knjižnice sveučilišta Cornell.

Eksperimentalna potvrda postojanja WIMP čestica povezala bi najveće strukture u Svemiru sa svijetom subatomskih čestica. Iako u tome nisu uspjeli, osjetljivost eksperimenta XENON100 mogla bi u skoroj budućnosti omogućiti toliko iščekivanu potvrdu gore navedene veze. XENON100 uređaj je ogromne osjetljivosti, a sačinjen je od posebno složenih slojeva vode, olova i bakra koji služe kao filtar za zračenje i druge izvore energije koji bi mogli uzrokovati pojavu lažnih pozitivnih rezultata. Upravo je to i razlog zašto je eksperiment proveden čak kilometar i pol ispod površine Zemlje. Slojevi vode, olova i bakra zapravo štite osjetljivi detektor od kozmičkog zračenja koje neprestano bombardira naš planet.

XENON100 detektor bi trebao hvatati WIMP čestice pomoću 62 kg tekućeg ksenona, a može mjeriti sićušne izboje i svjetlosne signale koji bi trebali nastati prilikom sudara WIMP čestica s atomima ksenona. Ksenon je element koji se koristi u proizvodnji svjetla za automobile, a za ovaj je eksperiment odabran zbog velike jezgre s kojom bi se WIMP čestice mogle sudariti. Tijekom takvih sudara dolazi do izboja naboja, a nastaje i plavičast sjaj. Te fenomene znanstvenici mogu zabilježiti na izuzetno osjetljivim kamerama smještenim sa svake strane detektora.

Kozmološka promatranja neprestano pokazuju da je naš Svemir sačinjen od svega 4% materije kakvu mi poznajemo dok ostatak otpada na tzv. tamnu materiju i energiju. Takva su opažanja u potpunosti u skladu sa čestičnim modelima. Naime, Standardni model elementarnih čestica predviđa postojanje novih, egzotičnih čestica koje bi mogle sačinjavati tamnu materiju. Zbog toga su za WIMP čestice toliko zainteresirani i astronomi i stručnjaci za elementarne čestice. Eksperimentalna potvrda njihova postojanja ujedno bi potvrdila i novi model strukture našeg Svemira. Očekuju se novi rezultati istraživanja koje je upravo u tijeku, a u planu je i izgradnja novog uređaja koji će sadržavati čak 2500 kg ksenona. Sve u svemu, očekuje nas uzbudljivo desetljeće u kojem bi se mogla razriješiti jedna od najvećih tajni Svemira.

Radna skupina XENON broji 60 znanstvenika s 14 institucija: iz SAD-a (sveučilište Columbia, N.Y., sveučilište California, Los Angeles, sveučilište Rice, Houston), Kine (Shanghai Jiao Tong sveučilište), Francuske (Subatech Nantes), Njemačke (Max-Planck-Institut für Kernphysik Heidelberg, Johannes Gutenberg sveučilište u Mainzu, Westfälische Wilhelms-sveučilište u Münsteru), Izraela (Weizmann institut za znanost), Italije (Laboratori Nazionali del Gran Sasso, INFN, sveučilište u Bologni), Nizozemske (Nikhef Amsterdam), Portugala (sveučilište Coimbra) i Švicarske (sveučilište Zürich).

Izvor: National Science Foundation 

Podijeli.