V oblasti výzkumu temné hmoty, stejně jako v obchodě s porcelánem, existuje slon: požadavek, kterému je těžké uvěřit, nelze jej potvrdit a překvapivě obtížně vysvětlit. Nyní však máme čtyři nástroje se stejným typem detektoru jako spolupráce, která vlastní tento kontroverzní požadavek. Během následujících tří let tyto experimenty buď potvrdí existenci temné hmoty, nebo vyvrátí tvrzení jednou provždy, říkají fyzikové, kteří na nich pracují.
„Všechno bude fungovat,“říká Frank Kalaprice z Princetonské univerzity v New Jersey, který vede jeden z experimentů.
Počáteční oznámení bylo provedeno spoluprací DAMA, jejíž detektor je umístěn v laboratoři hluboko pod pohořím Gran Sasso východně od Říma. Před více než deseti lety poskytla úžasné důkazy o temné hmotě, neviditelné látce, která podle jejího gravitačního tahu spojuje galaxie. První z nových detektorů začne fungovat v Jižní Koreji během několika týdnů. Zbytek bude zahájen v příštích několika letech ve Španělsku, Austrálii a Gran Sasso. Všichni budou používat krystaly jodidu sodného k hledání temné hmoty, což nebyl proveden žádný experiment ve velkém měřítku, s výjimkou DAMA.
Vědci jsou velmi přesvědčeni o existenci temné hmoty a že je nejméně pětkrát větší než normální hmota. Ale jeho povaha zůstává tajemná. Hlavní hypotéza je, že alespoň část jeho hmoty sestává ze slabě interagujících částic (WIMP), které se musí občas srazit s atomovými jádry na Zemi.
Krystaly jodidu sodného by měly emitovat záblesk světla, pokud k tomu dojde v detektoru. A zatímco přirozená radioaktivita také vyvolává taková ohniska, DAMA oznámila objev WIMP již v roce 1998, citujíc skutečnost, že počet ohnisek vyprodukovaných za den kolísal s ročními obdobími.
To by se očekávalo, kdyby signál generoval WIMP, které se rozlévají na Zemi, když se sluneční soustava pohybuje temnou hmotou halou Mléčné dráhy. V tomto případě by se měl počet částic, které procházejí Zemí, vyvrcholit, když se orbitální pohyb planety vyrovná s pohybem Slunce na začátku června a sníží se, když bude pohyb proti Slunci na začátku prosince.
Existuje však jeden velký problém. "Kdyby to byla opravdu temná hmota, mnoho dalších experimentů by to už vidělo," říká Thomas Schwetz-Mangold, teoretický fyzik na německém technologickém institutu v Karlsruhe - a nikdo to ještě neviděl. Zároveň však všechny pokusy o nalezení slabých míst v experimentu DAMA, včetně dopadů na životní prostředí, které vědci nezohlednili, nebyly úspěšné. "Existuje modulační signál," říká Kaijuan Ni z University of California v San Diegu, který pracuje na experimentu s temnou hmotou XENON1T. "Ale jak interpretovat tento signál - ve prospěch temné hmoty nebo něčeho jiného - není jasné."
Žádný jiný experiment v plném rozsahu nepoužíval jodid sodný ve svém detektoru, ačkoli KIMS v Jižní Koreji používal jodid cesný. Existuje tedy možnost, že temná hmota interaguje se sodíkem jinak než s jinými prvky. „Dokud někdo nevystřelí detektor na stejný prvek, který opustil nápovědu, nemůžete si být jisti ničím,“říká Juan Collar z University of Chicago v Illinois, který pracoval na několika experimentech s temnou hmotou.
Propagační video:
Mnozí čelili obtížím pěstovat krystaly jodidu sodného s požadovanou čistotou. Vyznačuje se také kontaminace draslíkem, která má přirozeně se vyskytující radioaktivní izotop.
Ale tři týmy vědců - KIMS, DM-Ice z Yale University v New Haven a ANAIS z University of Zaragoza ve Španělsku - dokázaly získat krystaly s úrovní radioaktivity na pozadí poloviční než u DAMA. Vědci tvrdí, že je to dost čisté na to, aby se otestovaly její výsledky.
Vědci z KIMS a DM-Ice postavili detektor jodidu sodného ve spojení s podzemní laboratoří Yangyang, 160 km východně od Soulu. Tento nástroj používá „aktivní veto“senzor, který lépe odlišuje temnou hmotu od šumu v pozadí než DAMA, říká Yengduk Kim, ředitel Centra pro podzemní fyziku v Jižní Koreji v Daejeonu, který provozuje KIMS.
ANAIS staví podobný detektor v podzemní laboratoři Canfranc ve španělských Pyrenejích. Společně budou KIMS, DM-Ice a ANAIS přenášet přes 200 kilogramů jodidu sodného a vyměňovat si data. Ve srovnání s 250 kilogramy, které DAMA měl, vědci očekávají, že chytí podobný počet WIMP. A zatímco nové detektory budou mít vyšší úroveň šumu v pozadí, budou moci falešný nebo reprodukovat nejsilnější signál DAMA, říká Reina Maruyama z Yale University, která provozuje DM-Ice.
Ale Kalapris tvrdí, že vysoká čistota je důležitější než hmota. Společně s kolegy vyvinul způsob, jak snížit znečištění, av lednu oznámil příjem krystalů, které jsou čistší než krystaly DAMA. Doufá, že úroveň pozadí ještě více sníží na jednu desetinu DAMA.
Jeho projekt SABER (Active Background Rejection Sodium Iodide) aktivuje jeden detektor v Gran Sasso a druhý v Stowell Underground Physics Laboratory, která se staví ve zlatém dole ve australské Victoria. SABER použije detektor, který odděluje signál temné hmoty od šumu a váží asi 50 kilogramů.
SABER dokončí výzkum a vývoj zhruba za rok a brzy poté začne budovat detektory, říká Kalapris. Poté bude tato technologie dostupná pro další laboratoře - něco, co DAMA neudělal. A pokud máte dva identické detektory v severní a jižní polokouli, můžete pochopit, zda účinky na životní prostředí mohou předstihnout sezónnost temné hmoty ve výsledcích DAMA - pokud signál pochází z WIMP, oba detektory uvidí současně vrcholy.
DAMA si je velmi jistá svými výsledky, říká Rita Bernabei z Římské univerzity. Není nadšená z nadcházejícího spuštění detektorů jodidu sodného. "Naše výsledky byly mnohokrát ověřeny během 14 let, takže nemáme důvod se těšit na to, co ostatní udělají," říká. Pokud jiné experimenty nevidí roční modulace, spolupráce jednoduše rozhodne, že nejsou dostatečně citlivé.
Ale co když vědci DAMA mají pravdu? "Nejprve jsem nechtěl uvěřit výsledkům DAMA, ani jsem je nebral vážně," říká Catherine Freese, teoretička astro-částic na Michiganské univerzitě v Ann Arbor, která navrhla metodu sezónní modulace DAMA. Ale protože nebylo nalezeno žádné další vysvětlení jejich signálu, byla uklidněna. "Čím více člověk studuje jejich experiment, tím více si uvědomí, jak dobře se to dělá."
Ilya Khel