Największy detektor nie wykrył ciemnej materii. Ale dopiero zaczyna pracę

To, że niektóre odległe gromady gwiazd muszą zawierać więcej materii, niż tylko ta, która świeci zaobserwowano jeszcze w początkach ubiegłego wieku. W latach 70. okazało się, że prędkość obrotu większości galaktyk, co zmierzyła Vera Rubin, jest zbyt duża. Siła odśrodkowa powinna wyrzucać z nich gwiazdy - a nie wyrzuca.

Astronomowie uznali więc, że istnieje jakaś “ciemna materia", która nie wchodzi w reakcje z widoczną materią (inaczej można by ją zaobserwować), ale jej masa pozwala utrzymać galaktyki w ryzach. Z obliczeń wynika, że jest jej pięć razy więcej niż tej, którą można wykryć.

Fizycy nie mają jednak pojęcia, z czego się składa. Wszystkie cząstki opisuje tak zwany Model Standardowy. Żadna z nich nie może być składnikiem ciemnej materii. Musi to być nieznana jeszcze cząstka (lub ich cała rodzina).

Fizycy starają się cząstki ciemnej materii złapać w detektorach. Choć nie oddziałują z “normalnymi" cząstkami, powinny od czasu do czasu w nie uderzać, a atomy uwalniać energię w postaci fotonu, czyli błysku światła.

Detektor trzeba jednak schować głęboko pod ziemią, żeby nie uderzały weń cząstki słonecznego wiatru i kosmicznego promieniowania, które czasem przedrą się przez ziemskie pole magnetyczne i atmosferę. Kilka takich detektorów działa już od lat. Niestety nic nie znalazły. Fizycy zbudowali więc - lub budują - większe i bardziej czułe detektory.

LUX-ZEPLIN, w skrócie LZ to zbiornik wypełniony dziesięcioma tonami ciekłego ksenonu umieszczony półtora kilometra pod ziemią w Południowej Dakocie. Ukończył właśnie swój pierwszy test, który trwał trzy miesiące. Również nic nie wykrył, ale fizycy mają nadzieję, że znajdzie ślady ciemnej materii w ciągu następnych pięciu lat pracy.

Jeśli ciemna materia istnieje, jest też szansa, że materię wykryją dwa inne duże detektory: XENONnT we włoskim laboratorium Gran Sasso (wypełniony 8 tonami ksenonu) i PandaX-4T w chińskim Jinping (która na razie mieści 4 tony, ale docelowo ma być ich aż 30).

Jeśli i te nowe, większe od poprzedników, instalacje nie wykryją ciemnej materii, trzeba będzie porzucić jedna z ważniejszych hipotez: że ciemną materię tworzą słabo oddziałujące masywne cząstki (weakly intereacting massive particles, w skrócie WIMP). Pozostanie kilka innych kandydatur, ale bardziej egzotycznych i jeszcze trudniejszych do wykrycia.

Inną możliwością jest to, że żadnej ciemnej materii nie ma. To siła przyciągania działa inaczej, gdy staje się bardzo słaba. Ale z takimi hipotezami też jest problem - ziemskie przyciąganie jest zbyt silne, by móc to sprawdzić.