Νέος ανιχνευτής για τη σκοτεινή ύλη

Το εσωτερικό της δεξαμενής που θα γεμίσει με υγροποιημένο ξένο. Ο πυθμένας είναι στρωμένος με ανιχνευτές (Πηγή: LUX)

Έπειτα από τη συναρμολόγηση του στην επιφάνεια και τη μεταφορά του σε ένα εγκαταλειμμένο χρυσωρυχείο στη Νότια Ντακότα, ο πιο ευαίσθητος ανιχνευτής σκοτεινής ύλης ετοιμάζεται να αναζητήσει τα υποθετικά σωματίδια από τα οποία ίσως αποτελείται η χαμένη ύλη του Σύμπαντος.

Ο LUX θα ρίξει φως στη σκοτεινή ύλη

Ο Μεγάλος Υπόγειος Ανιχνευτής Ξένου, ή LUX για συντομία, έχει στην καρδιά του ένα μεγάλο κάνιστρο (ένθετη αριστερά) που περιέχει κατεψυγμένο και υγροποιημένο αέριο ξένο, το οποίο εκπέμπει σπινθηρισμούς και ιονίζεται όταν βομβαρδίζεται από υποατομικά σωματίδια.

Όταν το γιγάντιο μηχάνημα αρχίσει να λειτουργεί αργότερα φέτος, θα μπορούσε να ανιχνεύσει τα υποθετικά σωματίδια WIMP (σωματίδια μεγάλης μάζας και ασθενούς αλληλεπίδρασης), από τα οποία ίσως αποτελείται η λεγόμενη σκοτεινή ύλη.

Το μυστήριο της σκοτεινής ύλης χρονολογείται από τη δεκαετία του 1930, οι αστρονόμοι αντιλήφθηκαν ότι η μάζα και η βαρύτητα των σωμάτων που βλέπουμε στο Σύμπαν δεν είναι αρκετή για να εξηγηθεί η κίνηση των γαλαξιών.

Έκτοτε έχει υπολογιστεί ότι η κανονική ύλη -από τους πλανήτες και τα άστρα μέχρι τους γαλαξίες- δεν αντιστοιχεί παρά μόνο στο 16% της ύλης στο Σύμπαν, ενώ το υπόλοιπο 84% αντιστοιχεί στη σκοτεινή ύλη.

Η σκοτεινή ύλη γίνεται αντιληπτή λόγω της βαρυτικής της επίδρασης στους γαλαξίες, οι επιστήμονες όμως δεν έχουν ιδέα από τι αποτελείται. Γνωρίζουν πάντως ότι δεν εκπέμπει, δεν ανακλά και δεν διαθλά την ακτινοβολία, γι' αυτό και είναι κυριολεκτικά αόρατη.

Στο κυνήγι των σωματιδίων WIMP

Ένα είδος υποθετικής ύλης που έχει προταθεί ως εξήγηση στο μυστήριο είναι τα σωματίδια WIMP, σωματίδια μεγάλης μάζας τα οποία δεν αλληλεπιδρούν με τα άτομα ούτε με τον ηλεκτρομαγνητισμό του φωτός και επομένως δεν είναι ορατά. Σύμφωνα με τη θεωρία, όμως, τα WIMP αλληλεπιδρούν μέσω της βαρύτητας και της ασθενούς πυρηνικής δύναμης, η οποία ευθύνεται για ορισμένα είδη ραδιενέργειας.

Χάρη σε αυτές τις ιδιότητες, τα WIMP -εφόσον υπάρχουν- θα μπορούσαν να αλληλεπιδράσουν με τους πυρήνες των ατόμων ξένου μέσα τον ανιχνευτή LUX.

To μηχάνημα των τριών τόνων μεταφέρθηκε την περασμένη εβδομάδα στην Υπόγεια Ερευνητική Εγκατάσταση του Σάνφορντ, ένα παλιό ορυχείο χρυσού βάθους 2.300 μέτρων στο Μπλακ Χιλς της Νότιας Ντακότα, το οποίο μονώνει το σύστημα από την κοσμική ακτινοβολία.

Η ιδέα είναι ότι τα σωματίδια WIMP θα φτάνουν σε τέτοιο βάθος επειδή δεν αλληλεπιδρούν με την ύλη των υπερκείμενων βράχων. Όταν όμως συγκρούονται με άτομα ξένου προκαλούν τον ιονισμό τους και την εκπομπή αμυδρών φωτεινών λάμψεων.

Εγκατεστημένος και έτοιμος για δράση

Εξετάζοντας τα φορτία και τις λάμψεις που εμφανίζονται μέσα στο κάνιστρο του ανιχνευτή, οι ερευνητές θα μπορούν να προσδιορίσουν σε ποια σωματίδια οφείλονται.

Τώρα που ο ανιχνευτής βρίσκεται στην τελική του θέση μέσα στο Σπήλαιο Ντέιβις, μια αίθουσα του ορυχείου που βαφτίστηκε προς τιμήν του νομπελίστα φυσικού Ρέι Ντέιβις, οι ερευνητές ετοιμάζονται να τον συνδέσουν στα συστήματα υποστήριξης και να τον βυθίσουν μέσα σε μια προστατευτική ασπίδα νερού.

Τα δεδομένα που θα αρχίσουν να συλλέγονται στα τέλη του έτους ή στις αρχές του επόμενου θα μπορούσαν τελικά να προσφέρουν μια εξήγηση σε ένα από τα μεγάλα μυστήρια της σύγχρονης φυσικής και κοσμολογίας.

Πηγή: ΔΟΛ
 http://arxiv.org/abs/1207.3665
 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168900211021073