Hylätyssä kultakaivoksessa, joka sijaitsee yhden mailin päässä Leedin ulkopuolella, Etelä-Dakotassa, Wisconsin-Madisonin yliopiston insinöörit ja fyysikot työskentelevät kammiossa, joka sisältää 10 tonnia nestemäistä ksenonia. He toivovat, että maanalaisessa kaivoksessa, jossa kokeellinen tila on suojattu auringon hiukkasilta ja kosmiselta säteilyltä, he voivat havaita pimeän aineen ensimmäistä kertaa.
Olemme jo julkaisseet yksityiskohtaisen analyysin siitä, mikä salaperäinen pimeä aine voi olla nykyaikaisen fysiikan näkökulmasta. Alkuperäinen hypoteesi ilmestyi jo 1930-luvulla, jolloin tähtitieteilijät huomasivat, että galaksilla ei ole painovoimaa voidakseen ylläpitää rakennettaan vain näkyvien lähteiden - tähtien, planeettojen, mustien aukkojen jne. - takia. toistaiseksi ei ole ollut mahdollista havaita, sen olemassaolo päätettiin vain gravitaatiomatemaattisten mallien avulla. Tähtitieteilijät uskovat kuitenkin, että itse asiassa maailmankaikkeudessa voi olla viisi kertaa enemmän pimeää ainetta kuin näkyvää ainetta. UW-Madison-tiimi on päättänyt lopettaa tämän epävarmuuden.
Etelä-Dakotan kultakaivoskokeen nimi on LUX-ZEPLIN tai LZ lyhyesti. Se on laajennettu versio edellisestä Large Underground Xenon (LUX) -kokeesta ja ZEPLIN-pimeät aineohjelmasta. Ajatuksena on havaita pimeän aineen hiukkanen, kun se on vuorovaikutuksessa ksenoniatomin kanssa, aiheuttaen ketjureaktion kammiossa, joka lopulta poistaa ultraviolettivalon ja vapauttaa elektronien puomin. Heti nestemäisen ksenonin syttymisen jälkeen ksenonikaasu sen yläpuolella olevassa kammiossa reagoi lähettämällä elektroneja ja lähettämällä toisen, kirkkaamman valopulssin. Projektin parissa työskentelevät fyysikot kuvailevat sitä "kelloksi", joka soi altistuessaan tumman aineen hiukkaselle.
"Tumman aineen hiukkaset voivat olla täällä huoneessa, kulkea pään läpi ja mahdollisesti satunnaisesti törmätä joidenkin atomien kanssa", UW-Madisonin fysiikan professori Duncan Carlsmith sanoi lehdistötiedotteessa.
Kaavioesitys LUX-ZEPLIN-maanalaisesta laboratoriosta
Aiemmin tässä kuussa energiaministeriö hyväksyi LZ: n viimeiset vaiheet kultakaivoksessa, jonka nimi on virallisesti Sanfordin maanalainen tutkimuskeskus. Samaan aikaan tutkijat työskentelevät pienemmän prototyyppilaitteen kanssa varmistaakseen, että kun "iso" LZ käynnistyy vuonna 2020, se ei ole altis häiriöille.
Sen varmistamiseksi, että mikään muu kuin pimeä aine on vuorovaikutuksessa nestemäisen ksenonin kanssa, ryhmä rakentaa kaksi ulkoista kammiota, jotka on suunniteltu havaitsemaan ja poistamaan kaikki kontaminoituvat hiukkaset. Kammio täytetään 10 tonnilla nestemäistä ksenonia ja yli 500 valokerroinputkella - tyhjöputkella, jotka ovat erittäin herkkiä valonilmaisimia ja seuraavat LZ: tä. Jos jokin muu kuin pimeä aine häiritsee loput ksenonista, ilmaisimien on osoitettava, että kyseessä on väärä hälytys.
Mainosvideo:
Heti kun asennus maanalaiseen kaivokseen on valmis ja kokeilu käynnistetään, on jäljellä vain odottaa. Fyysikot etsivät heikosti vuorovaikutuksessa olevia massiivisia hiukkasia tai WIMP: itä, jotka ovat hypoteettisia pimeän aineen rakennuspalikoita. Uskotaan, että suurimman osan ajasta WIMP: t kulkevat tavallisen aineen läpi ilman jälkiä, mutta ne voivat toisinaan törmätä tavallisiin hiukkasiin.
LUX-ZEPLIN-projektin osallistujat ovat koonneet pienoiskopion tulevasta asennuksesta. Ennen kuin teet maailmanlaajuisen kokeen, sinun on testattava se pienemmällä ja kalliimmalla mallilla.
LZ pysyy päällä vähintään viisi vuotta, mutta kaikki toivovat, että se pystyy havaitsemaan WIMP: t ensimmäistä kertaa tai muuten sulkemaan ne pois eteerisenä aineena, joka muodostaa pimeän aineen. Muut kokeet Wisconsinin IceCube Center for Particle Astrophysics -tapahtumassa sekä projektit Italiassa ja Kiinassa tekevät omia kokeitaan löytääkseen suoraa näyttöä pimeän aineen olemassaolosta. UW-Madison-fyysikot käyttävät myös suurta hadron-törmäyslaitetta yrittäessään havaita pimeää ainetta, joka syntyy, kun suurenergiset hiukkaset törmäävät. Kilpailu pimeän aineen löytäjille on täydessä vauhdissa!
Jos voimme löytää ja mitata tämän aineen, saamme paremman käsityksen maailmankaikkeuden toiminnasta kuin koskaan ennen. On mahdollista, että pimeä aine muodostaa yli 25 prosenttia koko kosmosesta, ja kun löydämme materiaalin erityisominaisuudet, se voi paljastaa salaisuuksia, jotka ovat pitkään pysyneet meiltä piilossa.