Największy detektor nie wykrył ciemnej materii. Ale dopiero zaczyna pracę
LZ czyli LUX-ZEPLIN będzie próbował złapać tajemnicze cząstki przez najbliższe pięć lat. To gigantyczny podziemny zbiornik wypełniony tonami ciekłego ksenonu. Podobne, acz mniejsze detektory nigdy jednak nie wykryły ciemnej materii.
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).
Ciemna materia może uderzać z atomy zwykłej materii
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 nie ma WIMPÓW, to czym jest ciemna materia?
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.
