A legellentmondásosabb sötét anyag kísérlet megismétlésére készülnek a kutatók
2021 / 10 / 18 / Bobák Zsófia
A legellentmondásosabb sötét anyag kísérlet megismétlésére készülnek a kutatók
A sötét anyag jelenlétére csak közvetett módon, vagy a részecskékkel való nagyon ritka ütközésekből lehet következtetni. Egy olasz kísérletben több mint 20 éven át gyűjtötték az adatokat és a beszámolók szerint rendszeresen szezonális váltakozású részecske észleléseket detektáltak, de egészen eddig nem sikerült megismételni az eredményeket, a fizikusok pedig továbbra is szkeptikusak az adatokkal kapcsolatban.

A 2003-ban indított DAMA/LIBRA kísérlet és elődje, az 1997-2000-es DAMA (DArk MAtter) kísérlet során olasz kutatók rendszeres sötét anyag észlelésekről számoltak be, amelyek száma szezonális változásra utalt. A fizikusok az Appenninek alatt található Gran Sasso Nemzeti Laboratórium detektorai segítségével olyan jeleket és ezeknek a jeleknek a rendszeres nyári erősödését, majd téli gyengülését rögzítették, amelyek szerintük egyértelműen a sötét anyag jelenlétére utaltak. A váltakozás oka, hogy a Naprendszer rendszeresen keresztülhalad a galaxis sötét anyag gyűrűjén és június környékén (június másodikán), mikor a Földnek a legnagyobb a relatív sebessége, a sötét anyag 'szele' erőteljesebben hat rá, míg decemberben sokkal kevésbé - magyarázta Katherine Freese, a Michigan Egyetem elméleti fizikusa a Nature-nek 2018-ban.

A kísérlet eredményei egészen egyedülállónak számítottak, mivel a világ többi detektorában nem sikerült a sötét anyagra utaló felvillanásokat észlelni, de éppen emiatt a fizikusok szkeptikusan fogadták a beszámolókat és kétségek merültek fel az adatok megbízhatóságát illetően. Csak az ellentmondásos projekt megismétlése deríthetett volna rá fényt, hogy vajon tényleg a sötét anyag jelenléte-e a magyarázat az észlelésekre vagy valami teljesen más.

A Pireneusok alatt 780 méter mélyen rejtőző Canfranc Földalatti Laboratóriumban zajló ANAIS projekt és a dél-koreai Yangyang Laboratórium (Y2L) COSINE-100 programja pontosan azzal a céllal jött létre, hogy a DAMA kísérlet különös eredményeit igazolják vagy cáfolják, de a mérésekből származó adatok nem támasztották alá az olasz projekt fizikusainak következtetéseit. Az elmúlt években publikált jelentések szerint egyik kísérlet során sem találtak hasonló jeleket. Bár a COSINE-100 bizonyos adatai közelebbi egyezést mutattak a DAMA/LIBRA eredményeivel,

de az ANAIS során egyértelműen, 99%-os megbízhatósággal kizárták az éves moduláció valószínűségét.

Most azonban újabb létesítmény épül, ahol újra megpróbálkoznak a DAMA megismétlésével és még egyszer megkísérlik az adatok reprodukálását. A hamarosan induló projekt egyik résztvevője, Madeleine Zurowski a The Sydney Morning Heraldnak úgy nyilatkozott, hogy az új vizsgálatban az olasz kísérlet egészen pontos mását próbálják meg létrehozni.

"Visszatérünk az alapokhoz, mikor azt mondjuk, hogy 'csináljuk pontosan azt, amit a DAMA csinált'.

Ha nem látunk semmilyen eredményt, akkor valami furcsa történik a DAMA-nál, valami, ami nem a sötét anyag."

A projekt Ausztráliában, a Stawell aranybánya egyik használaton kívüli termében valósul meg, ahol egy kilométerrel a föld alatt egy olyan nátrium-jodid kristályt tartalmazó detektorral mérik majd az ütközéseket a sötét anyag és a látható anyag részecskéi között, mint amit a DAMA kísérletben is alkalmaztak. A nátrium-jodid az egyik legtisztább és szennyeződésektől leginkább mentes kristály típus, ezért ideális alapanyagot jelent a mérésekhez, de az ausztrál kutatók még egy extra biztonsági rendszert is terveztek, hogy a lehető legmegbízhatóbbá tegyék az eredményeket.

A kristályt tartalmazó rézből és acélból készült tárolókat egy speciális folyadék veszi körbe, amelynek részecskéi szintén felvillannak egy lehetséges ütközés pillanatában. Mivel a sötét anyaggal való találkozásra az anyag rendkívül gyenge kölcsönhatása miatt nagyon ritkán kerülhet csak sor, ezért, amennyiben a szcintillátor folyadékban és a nátrium-jodidban is egyszerre érzékelnek ütközésre utaló jeleket felvillanás formájában, nagy valószínűséggel ki is zárhatják a sötét anyag részecskék magyarázatát.

"Ha a kristály világít, akkor megnézzük a folyadékot is körülötte, és ha a folyadék szintén felvillant, akkor tudjuk, hogy nem lehet sötét anyag, mert annak az esélye, hogy a sötét anyag kétszer is atomokba ütközik, végtelenül kicsi."

- mondta Alan Duffy, a Swinburne Egyetem Űrtechnológiai és Ipari Intézetének vezetője a Guardiannak. Ha viszont kizárólag a kristályban jelenik meg a jel, akkor állhat akár sötét anyag is a háttérben, bár még ekkor is tapasztalni kell a szezonális váltakozást ahhoz, hogy a DAMA eredményeit alátámasszák. A föld alatt zajló építkezés hamarosan a végéhez ér, a tervek szerint még ebben az évben befejezik a munkálatokat, a laboratóriumot pedig jövőre rendezik majd be. Hogy kizárják a lehetőségét a téves jelzéseknek, amelyek a detektort körbevevő, természetes radioaktivitással rendelkező anyagok által kibocsátott részecskékkel való ütközésekből fakadhatnak és amelyek esetleg a DAMA szokatlan észleléseihez is hozzájárultak, a labort acél védőréteggel zárták el a külvilágtól.

A sok száz méter vastagságú sziklaréteg is nyújt egyfajta természetes szigetelést, ezért is épülnek a föld alatt ezek a létesítmények, de a plusz védelem érdekében a lehető legkevésbé sugárzó ólom vagy acél alapanyagokat kell felkutatni a borításhoz. Ilyen típusú tiszta acélt laboratóriumi körülmények között is elő lehet állítani, de olcsóbb megoldást jelent régi, sőt néha ősi hajóroncsok és az általuk szállított ólomrakományok feldolgozása. A régi egészen pontosan 1945. július 16-a előttit jelent, mivel ekkor robbantották fel az első kísérleti atombombát, a Trinityt, a Jornada del Muerto sivatagban, és az ekkor, valamint az ezt követő számtalan atomrobbantás során keletkező radioaktív szennyezés beépült a fémek szerkezetébe és az ezekből készített anyagokba is.

De nem csak ezért vonzóbbak a régebbi hajók: az élőlények és élettelen dolgok is sugároznak valamilyen mértékben, azonban azok az anyagok, amelyek évszázadok vagy évezredek óta a tenger mélyén fekszenek vízzel körbevéve, az idők során elvesztik a radioaktivitásuk nagy részét. Ezek az úgynevezett alacsony hátterű (háttérsugárzású) anyagok, amelyek megfelelőek a detektorok védelmére, emiatt a roncsok felfedezői nem egyszer felajánlják a fizikai laboratóriumok számára a zsákmányukat, általában elég alacsony áron. Többek között a Budapesti Neutron Központ detektora, a DÖME (DÖgnehéz Mérő Eszköz) is régi maradványokból készült, az eszközhöz az 1945-ben lebombázott Erzsébet-híd darabjait használták fel.

Az ausztrál létesítményben azonban nem hajóroncsokból származó acélból készültek a védőelemek, mivel sikerült még ennél is tisztább acélt beszerezniük Phillip Urquijo, az ARC CoEDMPP (Centre of Excellence for Dark Matter Particle Physics) főkutatójának elmondása szerint. A második védelmi vonalat pedig a szcintillátor folyadék jelenti, így amennyire lehet kizárják az esélyét a téves jelzések beérkezésének.

Az valószínűleg évekig tartó kísérletek alatt derül csak ki, hogy a DAMA projekt eredményeit meg tudják-e ismételni a kutatók a laborban, azonban a vizsgálatok más szempontból is értékes információkkal szolgálhatnak a világegyetem titokzatos folyamatairól, elvégre a sötét anyag utáni vadászatnak olyan alapvető kérdések megválaszolása a végső célja, mint hogy mi alkotja valójában az univerzum anyagának nagyjából 80%-át vagy hogy mi is tartja egyben a galaxisokat.

(Fotó: DAMA-LIBRA/LNGS-INFN, Cosine/Yale, Stawell Gold Mines, Wikimedia Commons, Illustris Collaboration)

További cikkek a témában:

Több mint ezerkétszáz potenciális sötét-anyag lelőhelyet azonosíthattak Hatalmas sötét anyag csomók tarkíthatják a kozmoszt, és ahol igazán sűrűn van jelen ez a rejtélyes szubsztancia, a valóság szemmel láthatóan eltorzul.
Lehet, hogy felfedezték a sötét energia nyomát egy kísérletben A rejtélyes sötét energia felelős a Világegyetem gyorsuló tágulásáért, de az, hogy pontosan mi is a sötét energia és mi rejlik a jelenség hátterében, még a kutatók előtt sem világos.
A fekete lyukakban talán ősi, összeomlott univerzumok lehetnek Egy új elmélet szerint olyan apró ősi fekete lyukak alkothatják a sötét anyagot, melyek a világegyetem keletkezésének idején jöttek létre, és apró, összeomlott univerzumokat tartalmazhatnak.


Jól aludni – a legtermészetesebb dolog a világon vagy kifinomult művészet?
Az alvásterapeuta tippjei az alvás higiéniájáról. A fák közötti és a madárházban való alvásról – a legeredetibb alvóhelyekről. És mit csinál valójában egy alvásszakértő sommelier?
Ismerd meg a ROADSTER magazint!
AUTÓK - DESIGN - GASZTRO - KULT - UTAZÁS - TECH // Ha szereted a minőséget az életed minden területén, páratlan élmény lesz!
Ezek is érdekelhetnek
HELLO, EZ ITT A
RAKÉTA
Kövess minket a Facebookon!
A jövő legizgalmasabb cikkeit találod nálunk!

Hírlevél feliratkozás

Ne maradj le a jövőről! Iratkozz fel a hírlevelünkre, és minden héten elküldjük neked a legfrissebb és legérdekesebb híreket a technológia és a tudomány világából.



This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.