Jak złapać WIMP? Nie, nie mówię o zastraszaniu najsłabszego dzieciaka w klasie, mówię o słabo oddziaływujących masywnych cząsteczkach (te WIMP). Chociaż z definicji są „masywne”, nie wchodzą w interakcje z siłą elektromagnetyczną (przez fotony), więc nie można ich „zobaczyć” i nie wchodzą w interakcje z silną siłą jądrową, więc nie mogą być „wyczuwalne” przez jądra atomowe. Jeśli nie jesteśmy w stanie wykryć WIMP za pomocą tych dwóch sił, to jak możemy kiedykolwiek mieć nadzieję na ich wykrycie? W końcu WIMP-y mają teoretycznie latać przez Ziemię, nie uderzając w nic, są że słabo oddziaływujący. Ale czasami mogą zderzać się z jądrami atomowymi, ale tylko wtedy, gdy zderzą się czołowo. Jest to bardzo rzadkie zjawisko, ale detektor dużych podziemnych ksenonów (LUX) zostanie pochowany 4800 stóp (1463 metrów lub prawie mili) pod ziemią w starej kopalni złota w Południowej Dakocie, a naukowcy mają nadzieję, że gdy nieszczęśliwy WIMP wpadnie na ksenon atom, zostanie uchwycony błysk światła, co oznacza pierwszy w historii eksperymentalny dowód ciemnej materii…
Galaktyki obserwowane z Ziemi mają dziwne cechy. Największym problemem kosmologów było wyjaśnienie, dlaczego galaktyki (w tym Droga Mleczna) wydają się mieć większą masę, niż można to zaobserwować, licząc gwiazdy i uwzględniając sam pył międzygwiezdny. W rzeczywistości nie można zaobserwować 96% masy Wszechświata. Uważa się, że 22% tej brakującej masy znajduje się w „ciemnej materii” (74% to „ciemna energia”). Teoretycznie ciemna materia przybiera wiele form. Masywne astronomiczne zwarte obiekty halo (ciała astronomiczne zawierające zwykły materiał barionowy, którego nie można zaobserwować; takie jak gwiazdy neutronowe lub osierocone planety), neutrina i WIMPS są uważane za przyczyniające się do tej brakującej masy. Trwa wiele eksperymentów w celu wykrycia każdego uczestnika. Czarne dziury można wykryć pośrednio, obserwując interakcje w centrum galaktyk (lub efekty soczewkowania grawitacyjnego), neutrina można wykryć w wielkich zbiornikach płynu zakopanych głęboko pod ziemią, ale jak można wykryć WIMP? Wygląda na to, że detektor WIMP musi wyciągnąć liść z książek detektora neutrino - musi zacząć kopać.
Aby uniknąć zakłóceń spowodowanych promieniowaniem, takim jak promienie kosmiczne, detektory niskoenergetyczne, takie jak „teleskopy” neutrin, są zakopane znacznie poniżej powierzchni Ziemi. Stare szyby kopalni są idealnymi kandydatami, ponieważ jest już dziura do założenia oprzyrządowania. Detektory Neutrino to ogromne pojemniki z wodą (lub innym środkiem) z wysoce czułymi detektorami rozmieszczonymi na zewnątrz. Jednym z takich przykładów jest detektor neutrin Super Kamiokande w Japonii, który zawiera ogromną ilość ultraoczyszczonej wody o wadze 50 000 ton (na zdjęciu po lewej). Gdy słabo oddziałujące neutrino uderza w cząsteczkę wody w zbiorniku, emitowany jest błysk promieniowania Czerenkowa i wykrywane jest neutrino. Jest to podstawowa zasada działania nowego detektora dużych podziemnych ksenonów (LUX), który zużyje 272 kg ciekłego ksenonu zawieszonego w wysokim na 25 stóp zbiorniku czystej wody. Jeśli WIMP istnieją poza sferą teorii, istnieje nadzieja, że te słabo oddziałujące masywne cząstki zderzą się czołowo z atomem ksenonu i podobnie jak ich lekcy kuzyni emitują błysk światła.
Robert Svoboda i Mani Tripathi, profesorowie UC Davis, zabezpieczyli 1,2 miliona dolarów w National Science Foundation (NSF) i finansowaniu projektu przez Departament Energii USA (stanowi to 50% całkowitej wymaganej kwoty). W porównaniu z Wielkim Zderzaczem Hadronów (LHC), którego budowa kosztuje miliardy euro, LUX jest wysoce ekonomicznym projektem, biorąc pod uwagę zakres tego, co może odkryć. Jeśli będą eksperymentalne dowody interakcji WIMP, konsekwencje będą ogromne. Będziemy w stanie zrozumieć pochodzenie WIMP i ich rozmieszczenie, gdy Ziemia przemieści możliwe halo ciemnej materii, które pośrednio zaobserwowano w Drodze Mlecznej.
Wykrywanie ciemnej materii ”byłaby to największa transakcja od czasu znalezienia antymaterii w latach 30. XX wieku.”- Profesor Mani Tripathi, współbadacz LUX, UC Davis.
Kopalnia złota w Południowej Dakocie została zamknięta w 2000 r., Aw 2004 r. Rozpoczęto prace nad przekształceniem terenu w podziemne laboratorium. LUX będzie tam pierwszym dużym eksperymentem. Oczekuje się, że instalacja rozpocznie się późnym latem po wypompowaniu wody z kopalni.
Oryginalne źródło: UC Davis News
