Semnal misterios detectat la 1,6 km sub pământ. Ar putea fi prima urmă a materiei întunecate

Cercetătorii au identificat o interacțiune neobișnuită între particule în cadrul experimentului desfășurat la Sanford Underground Research Facility. Laboratorul a fost construit într-o fostă mină de aur din regiunea Black Hills, în statul american Dakota de Sud. Evenimentul observat ar putea avea legătură cu o particulă ipotetică numită WIMP, acronim pentru „weakly interacting massive particle” particulă masivă cu interacțiune slabă. WIMP este unul dintre principalii candidați propuși de fizicieni pentru explicarea materiei întunecate.

Materia întunecată reprezintă cea mai mare parte a materiei din Univers

Materia obișnuită formează stelele, planetele, oamenii și practic toate obiectele pe care le putem observa direct. Aceasta reprezintă însă doar aproximativ 15% din întreaga materie existentă în Univers. Restul ar fi materie întunecată.

Aceasta nu emite și nu reflectă lumină. Din acest motiv, nu poate fi observată direct nici cu ochiul liber, nici cu telescoapele convenționale. Oamenii de știință sunt însă convinși de existența sa datorită efectelor gravitaționale observate la nivelul galaxiilor și al roiurilor de galaxii. Sam Eriksen, fizician specializat în particule la Universitatea din Bristol și autorul principal al studiului, afirmă că evenimentul detectat ar putea reprezenta primul indiciu al unei observații a materiei întunecate. Cercetătorii rămân însă foarte precauți.

Experimentul LUX-ZEPLIN caută particulele WIMP

Materia întunecată ar interacționa extrem de rar cu materia obișnuită. Tocmai astfel de interacțiuni încearcă să detecteze experimentul LUX-ZEPLIN, cunoscut și sub denumirea LZ. Experimentul este conceput în special pentru identificarea particulelor WIMP.

Detectorul utilizează aproximativ 10 tone de xenon în stare lichidă, amplasate într-un recipient cilindric de mari dimensiuni. Dispozitivul este administrat de Lawrence Berkeley National Laboratory, laborator aflat în coordonarea Departamentului pentru Energie al Statelor Unite.

Oamenii de știință încearcă să observe situațiile în care o particulă de materie întunecată ar lovi un atom de xenon. În momentul unei asemenea interacțiuni pot apărea mici semnale luminoase. Proprietățile acestora le permit cercetătorilor să determine ce tip de particulă ar fi putut interacționa cu xenonul.

Un atom de xenon a interacționat cu o particulă necunoscută

Rezultatul a fost prezentat în cadrul unei conferințe științifice desfășurate în Japonia. Cercetarea a fost, de asemenea, transmisă spre publicare în revista Physical Review Letters. Cercetătorii au detectat o interacțiune între un atom de xenon și o altă particulă. Modul în care s-a produs evenimentul seamănă cu ceea ce fizicienii se așteaptă să observe în cazul unei particule WIMP. Una dintre ipoteze este că o astfel de particulă a lovit nucleul atomului de xenon și i-a transferat o cantitate foarte mică de energie.

În urma interacțiunii a fost produs un semnal slab de lumină ultravioletă, detectat de instrumentele experimentului. Coliziunea a determinat și deplasarea nucleului atomului de xenon, fenomen cunoscut sub denumirea de recul nuclear. Caracteristicile evenimentului sunt compatibile cu comportamentul anticipat pentru o particulă WIMP.

Cercetătorii avertizează: este vorba despre un singur eveniment

Rezultatul este promițător, dar nu reprezintă o confirmare a descoperirii materiei întunecate. Cercetătorii subliniază că a fost înregistrat un singur asemenea eveniment. Din acest motiv, datele nu ating pragul statistic necesar pentru anunțarea unei descoperiri. Sam Eriksen a precizat că echipa nu susține, în acest moment, că particula observată este materie întunecată. Specialiștii încearcă acum să elimine alte explicații posibile pentru semnalul detectat. Astrofiziciana Alvine Kamaha, de la UCLA și coautoare a studiului, spune că oamenii de știință ar putea avea în față un fenomen extraordinar. Totuși, sunt necesare verificări extrem de riguroase înainte de formularea unei asemenea concluzii.

Milioane de particule ar putea traversa corpul uman

Natura exactă a materiei întunecate continuă să fie unul dintre marile mistere ale fizicii moderne. Situația este asemănătoare cu cea a energiei întunecate, o altă componentă misterioasă a Universului pe care oamenii de știință încearcă să o înțeleagă.

Potrivit cercetătorilor, milioane de particule de materie întunecată ar putea traversa corpul unei persoane în fiecare secundă. Aproape niciuna dintre ele nu ar interacționa însă cu atomii corpului uman. Această probabilitate extrem de redusă de interacțiune explică dificultatea detectării directe a materiei întunecate. Una dintre ipotezele principale este că materia întunecată este formată dintr-un tip de particule apărute în Universul timpuriu și care există și în prezent.

„Lipiciul cosmic” care a ajutat la formarea galaxiilor

Deși materia întunecată nu poate fi observată direct, efectele sale sunt vizibile la scară cosmică. Atunci când studiază galaxiile și grupurile de galaxii, astronomii observă că acestea se comportă ca și cum ar conține o cantitate mult mai mare de masă decât cea care poate fi văzută. Gravitația oferă astfel una dintre principalele dovezi indirecte privind existența materiei întunecate.

Alvine Kamaha descrie materia întunecată drept un fel de „lipici cosmic” care a contribuit la formarea galaxiilor, inclusiv a Căii Lactee. Fără această componentă, Universul ar fi evoluat într-un mod foarte diferit. Inclusiv structurile care au permis în cele din urmă apariția Sistemului Solar s-ar fi putut forma altfel.

Cum încearcă oamenii de știință să găsească materia întunecată

Cercetătorii folosesc mai multe metode pentru a identifica natura acestei componente invizibile a Universului. Una dintre metode constă în studierea efectelor gravitaționale pe care materia întunecată le exercită asupra galaxiilor și asupra structurii Universului. O altă direcție de cercetare presupune încercarea de a produce particule de materie întunecată în acceleratoare de particule. A treia metodă este detectarea directă. Din această categorie face parte experimentul LUX-ZEPLIN din Dakota de Sud.

Detectorul a fost amplasat la mare adâncime tocmai pentru a fi protejat de razele cosmice și de alte surse care ar putea genera semnale de fond și ar putea afecta rezultatele. În acest mediu izolat, cercetătorii urmăresc momentele extrem de rare în care o posibilă particulă de materie întunecată ar putea interacționa cu materia obișnuită.

Evenimentul detectat acum are caracteristicile pe care oamenii de știință le-ar aștepta de la o particulă WIMP. Deocamdată însă, este vorba despre un singur semnal, iar echipa LUX-ZEPLIN nu susține că materia întunecată a fost detectată. Dacă alte evenimente similare vor fi observate și vor putea fi eliminate explicațiile alternative, rezultatul ar putea deveni unul dintre cele mai importante progrese din fizica particulelor și cosmologie, relatează Reuters.