V opuštěném zlatém dole jednu míli od Leedu v Jižní Dakotě pracují inženýři a fyzici z University of Wisconsin-Madison na komoře obsahující 10 tun kapalného xenonu. Doufají, že v podzemním dole, kde bude experimentální prostor chráněn před slunečními částicemi a kosmickým zářením, budou schopni poprvé detekovat temnou hmotu.
Již jsme zveřejnili podrobnou analýzu toho, co tajemná temná hmota může být z pohledu moderní fyziky. Počáteční hypotéza se objevila ve třicátých letech minulého století, kdy si astronomové uvědomili, že galaxii chybí gravitační síla, aby si udržela svoji strukturu pouze díky viditelným zdrojům - hvězdám, planetám, černým děrám atd. Přímo před samotnou temnou hmotou zatím to nebylo možné zjistit, jeho existence byla odvozena pouze pomocí gravitačních matematických modelů. Astronomové se však domnívají, že ve skutečnosti může být ve vesmíru pětkrát více temné hmoty než viditelné. Tým UW-Madison se rozhodl tuto nejistotu ukončit.
Experiment zlatého dolu v Jižní Dakotě se nazývá LUX-ZEPLIN nebo zkráceně LZ. Jedná se o rozšířenou verzi předchozího experimentu Large Underground Xenon (LUX) a programu temné hmoty ZEPLIN. Myšlenkou je detekce částice temné hmoty při její interakci s atomem xenonu, což způsobí řetězovou reakci v komoře, která nakonec vysune ultrafialové světlo a uvolní příval elektronů. Ihned po zapálení kapalného xenonu bude plyn xenonu v komoře nad ním reagovat emitováním elektronů a vydáním druhého, jasnějšího pulzu světla. Fyzici pracující na projektu jej popisují jako „zvon“, který zazvoní, když bude vystaven částice temné hmoty.
"Částice temné hmoty mohou být přímo tady v místnosti, procházet vaší hlavou a občas se srazit s některými atomy," uvedl v tiskové zprávě Duncan Carlsmith, profesor fyziky UW-Madison.
Schematické znázornění podzemní laboratoře LUX-ZEPLIN
Začátkem tohoto měsíce ministerstvo energetiky schválilo závěrečné fáze výstavby LZ v dole na zlato, oficiálně pojmenovaném Sanford Underground Research Center. Vědci mezitím pracují s menším prototypem zařízení, aby zajistili, že při spuštění „velkého“LZ v roce 2020 nebude náchylné k rušení.
Aby bylo zajištěno, že s kapalným xenonem neinteraguje nic jiného než temná hmota, staví tým dvě externí komory určené k detekci a odstranění všech znečišťujících látek. Komora bude naplněna 10 tunami kapalného xenonu a přes 500 fotonásobičů - vakuových trubic, které jsou ultrazvukovými detektory světla a budou monitorovat LZ. Pokud něco jiného než temná hmota rozbije zbytek xenonu, detektory budou muset ukázat, že se jedná o falešný poplach.
Propagační video:
Jakmile bude instalace v podzemním dole hotová a bude zahájen experiment, zbývá už jen počkat. Fyzici budou hledat slabě interagující masivní částice neboli WIMP, které jsou hypotetickými stavebními kameny temné hmoty. Předpokládá se, že většinu času WIMP procházejí běžnou hmotou beze stopy, ale občas se mohou srazit s obyčejnými částicemi.
Účastníci projektu LUX-ZEPLIN sestavili miniaturní kopii budoucí instalace. Před provedením globálního experimentu je třeba jej otestovat na menším a dražším modelu.
LZ zůstane aktivní po dobu nejméně pěti let, ale každý doufá, že bude schopen detekovat WIMP poprvé, nebo je jinak vyloučit jako éterickou látku, která tvoří temnou hmotu. Další experimenty ve Wisconsinském IceCube Center for Particle Astrophysics, stejně jako projekty v Itálii a Číně, provádějí vlastní experimenty s cílem najít přímé důkazy o existenci temné hmoty. Fyzici UW-Madison také používají Large Hadron Collider ve snaze detekovat temnou hmotu, která vzniká při srážce vysokoenergetických částic. Závod o objevitele temné hmoty je v plném proudu!
Pokud dokážeme tuto látku najít a měřit, získáme lepší porozumění tomu, jak vesmír funguje, než kdykoli předtím. Je možné, že temná hmota tvoří více než 25 procent celého vesmíru, a jakmile objevíme specifické vlastnosti materiálu, může odhalit tajemství, která před námi dlouho zůstávala skrytá.