XENON1T-ilmaisin, joka on suurin "raskaan" tumman aineen etsintä, sulki pois tumman aineen kevyiden muotojen olemassaolon ja "ryhmitteli" ensimmäiset vinkit tämän salaperäisen aineen odottamattoman raskaiden hiukkasten olemassaolosta, projektin osallistujat kertoivat Gran Sasso -tapahtuman italialaisessa laboratoriossa pidetyssä tiedotustilaisuudessa.
”Toistaiseksi voidaan sanoa vain yksi asia - tämä kirottu hiukkanen on edelleen piilossa meiltä. Yhtäältä emme löytäneet jälkiä sen olemassaolosta massaalueella 200 GeV asti. Toisaalta mallimme eivät sulje pois raskaampien WIMP-mallien olemassaoloa. Meillä on jopa viitteitä tästä tiedoissa, vaikka niiden tilastollinen merkitys on pieni - vain yksi merkki, ja haluaisin uskoa, että tämä ei ole onnettomuus”, kertoi Elena Aprile, XENON1T-yhteistyön virallinen edustaja.
Maailma tumman näytön takana
Pitkäksi aikaa tutkijat uskoivat, että maailmankaikkeus koostuu näkemästämme aineesta, joka muodostaa perustan kaikille tähtiille, mustille reikille, sumuille, pölyklustereille ja planeetoille. Mutta ensimmäiset havainnot tähtien liikkumisen nopeudesta läheisissä galakseissa osoittivat, että niiden laitamilla olevat tähdet liikkuvat niissä mahdottomasti suurella nopeudella, joka oli noin 10 kertaa suurempi kuin laskelmat, jotka perustuivat kaikkien niiden tähten massoihin.
Syynä tähän oli tutkijoiden mukaan tänään niin kutsuttu tumma aine - salaperäinen aine, jonka osuus on noin 75% maailmankaikkeuden aineen massasta. Tyypillisesti jokaisessa galaksissa on noin 8-10 kertaa enemmän tummaa ainetta kuin sen näkyvässä serkkussa, ja tämä tumma aine pitää tähdet paikoillaan ja estää niitä sironmasta.
Nykyään melkein kaikki tutkijat ovat vakuuttuneita tumman aineen olemassaolosta, mutta sen ominaisuudet ovat ilmeisen painovoimavaikutuksen lisäksi galakseihin ja galaksiklusteriin edelleen mysteeri ja astrofysiikkojen ja kosmologien kiistojen aihe. Pitkäksi aikaa tutkijat olettivat, että se koostui superheavy- ja "kylmistä" hiukkasista - "wimpeistä", jotka eivät ilmene millään tavalla, lukuun ottamatta näkyvien aineryhmien houkuttelemista.
Tutkijat yrittävät löytää tällaisia hiukkasia tänään jättiläisillä maanalaisilla ilmaisimilla, jotka on täynnä täysin puhdasta ksenonia. Jalokaasiatomien ytimien, kuten tutkijat ovat aiemmin olettaneet, piti olla vuorovaikutuksessa "WIMP: ien" kanssa erityisellä tavalla, mikä voidaan havaita tarkkailemalla valon välähdyksiä nesteytetyn ksenonin sisällä.
Mainosvideo:
Kahden viime vuosikymmenen aikana tutkijat ovat luoneet noin kymmenen sellaista ilmaisinta, joiden tilavuus ja massa ovat kasvavat, joista yksikään ei ole pystynyt havaitsemaan jälkiä ksenon-WIMP-vuorovaikutuksista. Erityisiä toiveita kiinnitettiin XENON1T-projektiin - ilmaisimeen, joka rakennettiin Italian laboratorioon Gran Sasso vuonna 2014 ja joka sisälsi ennätykselliset 3,5 tonnia ksenonia, joka on noin 10 kertaa kaikkien kilpailijoiden massa.
Avain maailmankaikkeuteen
Ensimmäiset tulokset, jotka XENON1T-ryhmä esitti viime vuoden marraskuussa, osoittautui jälleen "nollaksi" - yli sadan fyysikon ryhmä 21 maailman maasta ei löytänyt merkittäviä jälkiä "WIMP: ien" olemassaolosta hyvin laajassa joukossa massoja ja energioita.
Aprile ja hänen kollegansa esittelivät tänään koko tietoaineiston analyysin tulokset, jotka vahvistivat yleisesti heidän alustavia havaintonsa muutamin pienin poikkeuksin. Kuten tutkijat huomauttavat, he onnistuivat sulkemaan pois valon "WIMP: ien" olemassaolon, joiden massa on 6 - 30 GeV, ja käytännössä nollaamaan mahdollisuudet havaita hiukkasia, joiden massa on jopa 200 GeV.
Toisaalta heidän keräämänsä tiedot eivät ole ristiriidassa ja osoittavat itse Aprilen mukaan, että tumman aineen hiukkasilla on todella paljon suurempi massa kuin fyysikot aiemmin olettivat.
”Tehtävämme on nyt hyvin yksinkertainen - meidän on vain jatkettava tarkkailua, samalla alennettava melutasoa ja lisättävä herkkyyttä. Kuten minusta vaikuttaa, voimme joko mennä VIMP: een ilmaisimien seuraavan päivityksen jälkeen tai suljemme lopulta kysymyksen niiden olemassaolosta”, fyysikko jatkaa.
Hänen mukaansa XENON1T-osallistujat kokoavat jo ilmaisimen uutta versiota, jonka ksenonin massa kasvaa neljään tonniin ja häiriötaso vähenee vähintään 10 kertaa. Sen asennus valmistuu tänä vuonna, ja se saa ensimmäisen tieteellisen tiedon vuoden 2019 puolivälissä.
