- Ce este materia întunecată? Răspunsul este simplu: nimeni nu știe. Este una dintre cele mai mari enigme ale științei.
- Oamenii de știință caută de zeci de ani indicii despre această componentă misterioasă care reprezintă 25% din univers.
- Dar cum să cauți ceva ce nici măcar nu știi ce este, cum să găsești ceva care este invizibil?
Ce este materia întunecată? Răspunsul este simplu: nimeni nu știe. Este una dintre cele mai mari enigme ale științei.
Oamenii de știință caută de zeci de ani indicii despre această componentă misterioasă care reprezintă 25% din univers.
Dar cum să cauți ceva ce nici măcar nu știi ce este, cum să găsești ceva care este invizibil?
Aceste întrebări au fost sursa de inspirație pentru o echipă de peste 250 de cercetători din mai multe țări, care au publicat recent primele rezultate ale unui proiect ambițios care speră, în sfârșit, să găsească semne ale materiei întunecate.
Este vorba de LUX-ZEPLIN (LZ), un laborator sofisticat situat la 1,5 kilometri sub Pământ, într-o mină de aur abandonată din orașul Lead, Dakota de Sud, SUA, scrie BBC.
Ideea din spatele locației subterane este că este izolată de cât mai multe radiații și praf, care ar putea genera contaminare care ar putea împiedica căutarea materiei întunecate. Potrivit creatorilor săi, LZ este cel mai sensibil detector de materie întunecată construit vreodată. Pentru a face acest lucru, au creat în interiorul LZ „cel mai pur loc de pe Pământ”.
„Centrul detectorului este ca mintea unui călugăr budist”, a declarat pentru BBC Chamkaur Ghag, cercetător al LZ și profesor la Departamentul de Fizică și Astronomie al University College London, Marea Britanie.
Detectorul este conceput pentru a capta un semnal, oricât de slab, de la ceea ce ar putea fi o particulă de materie întunecată. Este ca și cum ai „asculta cu atenție în mijlocul unui câmp tăcut”, spun creatorii LZ pe site-ul lor. Cum funcționează LZ, cum caută materia întunecată și ce se întâmplă dacă o găsește?
Enigmatica materie întunecată
În prezent, știm doar din ce este alcătuit 5% din univers. Acei 5% reprezintă materia obișnuită, cea pe care o putem vedea sau atinge. Particulele care alcătuiesc materia obișnuită sunt descrise în ceea ce este cunoscut sub numele de Modelul Standard. Restul de 95% din materie este un mister.
Fizicienii și astronomii suspectează că, din acest procent, 70% reprezintă energie întunecată și 25% materie întunecată. Energia întunecată este un fel de forță repulsivă care accelerează expansiunea universului. Materia întunecată, pe de altă parte, este un „ceva” invizibil care acționează ca un magnet care ține galaxiile împreună.
Observațiile astronomice au arătat că galaxiile se rotesc mult mai repede decât s-ar aștepta din cauza masei lor vizibile. Calculele indică faptul că gravitația corespunzătoare acestei mase nu este suficientă pentru a ține galaxiile împreună, astfel încât trebuie să existe „ceva” care să adauge masă și deci gravitație suplimentară, și să le împiedice să se prăbușească în spațiu. Acel „ceva” care explică gravitația suplimentară este materia întunecată.
Se numește întuneric pentru că nu emite, nu reflectă și nu absoarbe lumina, ceea ce face ca aceasta să fie foarte greu de observat. De aceea, până în prezent, singurul indiciu pe care oamenii de știință îl au despre existența sa este efectul gravitațional pe care materia întunecată îl exercită asupra materiei obișnuite, din care sunt făcute stelele și galaxiile, de exemplu.
Așadar, nu știm ce este materia întunecată, dar fără ea, universul ar fi foarte diferit de modul în care îl cunoaștem.
Din ce este făcută materia întunecată?
De zeci de ani, au fost propuse mai multe idei pentru a explica din ce este alcătuită materia întunecată, dar încă nu există un răspuns convingător. Una dintre posibilități este ca aceasta să fie alcătuită din „particule supersimetrice”, care sunt particule ipotetice ce se împerechează cu cele care alcătuiesc materia obișnuită. Și mai există un alt candidat pentru a explica din ce este făcută materia întunecată.
Acestea sunt WIMP-uri, o particulă ipotetică pe care LZ speră să o detecteze. Potrivit NASA, WIMP-urile sunt principalul candidat pentru a explica materia întunecată. WIMP înseamnă particulă masivă cu interacțiune slabă. Se crede că WIMP-urile s-au format în mod natural după Big Bang și că trebuie să existe atât de multe WIMP-uri încât acestea ar putea fi o explicație pentru materia întunecată.
Cel mai pur loc de pe Pământ
Una dintre marile provocări ale laboratorului LZ este de a împiedica particulele nedorite să intre în rezervor pentru a contamina, a deruta sau a împiedica observarea unui WIMP care sosește brusc.
Scopul este de a curăța întreaga scenă pentru momentul în care WIMP, dacă există, decide să apară. Prin urmare, este esențial ca baza LZ să fie subterană.
De ce să căutăm materia întunecată?
„Găsirea materiei negre ne-ar ajuta să rezolvăm problema masei lipsă”, spune Ghag.
„Asta echivalează cu a înțelege din ce este alcătuit aproape 30% din univers.
Ghag menționează, de asemenea, că „înțelegerea sau descoperirea materiei întunecate ar fi prima fereastră pentru a privi dincolo de Modelul Standard, care este în prezent o cameră închisă”.
Modelul standard este, până în prezent, cea mai bună explicație a particulelor și forțelor care alcătuiesc materia obișnuită. Cu toate acestea, acest model explică doar din ce este alcătuit aproximativ 5% din univers.
O altă întrebare care se pune este dacă, prin detectarea materiei întunecate, aceasta ar putea fi exploatată ca sursă de energie.
Dar, pe lângă misiunea principală a LZ, laboratorul în sine reprezintă un progres pentru știință și tehnologie.
Tehnicile sale de analiză a fasciculelor și a senzorilor pot duce la inovații în industria alimentară farmaceutică, iar sistemul său de algoritmi poate fi utilizat în domenii precum medicina nucleară.
„Dar poate că cel mai mare beneficiu pentru umanitate este cunoașterea în sine”, spun creatorii LZ.
„Suntem o specie curioasă, părem a fi programați să vrem să știm cum funcționează lumea din jurul nostru.”