Tumeda aine uurimise valdkonnas, nagu näiteks hiinapoes, on elevant: väide, mida on raske uskuda, võimatu kinnitada ja üllatavalt keeruline selgitada. Kuid nüüd on meil neli sama tüüpi detektoriga instrumenti, nagu seda vaieldavat väidet omavas koostöös. Järgmise kolme aasta jooksul kinnitavad need eksperimendid kas tumeda aine olemasolu või lükkavad väite üks kord ja kõik ümber, ütlevad nende kallal töötavad füüsikud.
"Kõik saab hakkama," ütleb Frank Kalaprice New Jersey Princetoni ülikoolist, kes juhib ühte eksperimente.
Esialgse teadaande tegi DAMA koostööpartner, mille detektor asub Roomas idast Gran Sasso mäeaheliku sügavas laboris. Üle kümne aasta tagasi esitas ta hämmastavaid tõendeid tumeda aine kohta - nähtamatu aine, mis arvatavasti seob galaktikaid oma gravitatsioonilise tõmbejõu abil. Esimesed uutest detektoritest hakkavad Lõuna-Koreas tööle vaid mõne nädala pärast. Ülejäänud osa käivitatakse lähiaastatel Hispaanias, Austraalias ja Gran Sasso linnas. Kõik nad kasutavad naatriumjodiidkristalle tumeda aine otsimiseks, mida ükski suuremahuline eksperiment pole teinud, välja arvatud DAMA.
Teadlased on tumeaine olemasolus väga kindlad ja et see on vähemalt viis korda suurem kui tavaline mateeria. Kuid selle olemus jääb salapäraseks. Juhtiv hüpotees on, et vähemalt osa selle massist koosneb nõrgalt interakteeruvatest osakestest (WIMP), mis peavad aeg-ajalt põrkuma Maa aatomituumadega.
Naatriumjodiidkristallid peaksid kiirgama välku, kui see detektoris juhtub. Ja kuigi loomulik radioaktiivsus põhjustab ka selliseid puhanguid, teatas DAMA 1998. aastal WIMP-de avastamisest, viidates tõsiasjale, et päevas tekkivate puhangute arv kõikus aastaaegadega.
Just seda võiks oodata, kui signaali genereerivad WIMP-id, mis levivad Maale, kui Päikesesüsteem liigub läbi Linnutee tumeda aine halo. Sel juhul peaks Maad ületavate osakeste arv saavutama haripunkti, kui planeedi orbitaalliikumine on kooskõlas päikese liikumisega juuni alguses ja vähenema, kui liikumine läheb vastu Päikest, detsembri alguses.
Kuid on üks suur probleem. "Kui see oleks tõesti tume aine, oleks paljud teised katsed seda praeguseks juba näinud," ütleb Saksamaa Karlsruhe tehnoloogiainstituudi teoreetiline füüsik Thomas Schwetz-Mangold - ja keegi pole seda veel näinud. Kuid samal ajal pole kõik katsed leida DAMA eksperimendis nõrku külgi, sealhulgas keskkonnamõjusid, mida teadlased ei võtnud arvesse. "Modulatsioonisignaal on olemas," ütleb Kaijuan Ni San Diego California ülikoolist, kes töötab XENON1T tumeaine eksperimendil. "Kuid kuidas seda signaali tõlgendada - tumeda aine või millegi muu kasuks - pole selge."
Ükski teine täismahus katse ei kasutanud oma detektoris naatriumjodiidi, kuigi Lõuna-Korea KIMS kasutas tseesiumjodiidi. Seega jääb võimalus, et tumeaine interakteerub naatriumiga kuidagi teistmoodi kui teiste elementidega. "Kuni keegi ei tulista detektorit sama elemendi pealt, mis vihje jättis, ei saa te milleski kindel olla," ütleb Illinoisi Chicago ülikooli University Collar, kes on töötanud mitme tumeaine eksperimendi kallal.
Reklaamvideo:
Paljud on silmitsi raskustega vajaliku puhtusega naatriumjodiidkristallide kasvatamisel. Samuti paistab silma kaaliumi saastumine, millel on looduslikult esinev radioaktiivne isotoop.
Kolmel teadlaste meeskonnal - KIMS, DM-Ice Yale'i ülikoolist New Havenis ja ANAIS Hispaania Zaragoza ülikoolist - õnnestus aga saada kristalle, mille radioaktiivsuse tausttase on poole madalam kui DAMA-l. Tema tulemuste kontrollimiseks on see piisavalt puhas, väidavad teadlased.
KIMSi ja DM-Icei teadlased on ehitanud koos Yangyangi maa-aluse laboriga naatriumjodiididetektori Soulist 160 km ida pool. Tööriist kasutab aktiivse vetoandurit, mis eristab tumedat ainet taustmürast paremini kui DAMA, ütles KIMSi haldava Lõuna-Korea Daejeoni maa-aluse füüsika keskuse direktor Yengduk Kim.
ANAIS ehitab sarnast detektorit Hispaania Püreneedes asuvasse Canfranc maa-alusesse laborisse. KIMS, DM-Ice ja ANAIS kannavad koos üle 200 kilogrammi naatriumjodiidi ja vahetavad andmeid. Võrreldes 250 kilogrammi DAMA-ga, loodavad teadlased saada sama palju WIMP-sid. Ja ehkki uutes detektorites on kõrgem taustmüra tase, saavad nad kas kõige tugevama DAMA signaali võltsida või taasesitada, ütles Reina Maruyama Yale'i ülikoolist, kes juhib DM-Ice.
Kuid Kalapris väidab, et kõrge puhtus on tähtsam kui mass. Koos kolleegidega töötas ta välja reostuse vähendamise viisi ja teatas jaanuaris DAMA kristallidest puhtamate kristallide vastuvõtmisest. Ta loodab vähendada taustataset veelgi, kuni kümnendikuni DAMA-st.
Tema projekti SABRE (Active Background Rejection Sodium Jodide) abil asub üks detektor Gran Sasso ja teine Stowelli maa-aluses füüsikalaboris, mis ehitatakse Austraalia Victoria osariiki kullakaevandusse. SABRE kasutab detektorit, mis eraldab tumeaine signaali mürast ja kaalub umbes 50 kilogrammi.
SABRE viib oma teadus- ja arendustegevuse lõpule umbes aasta pärast ja alustab detektorite ehitamist varsti pärast seda, ütles Kalapris. Siis muutub tehnoloogia kättesaadavaks ka teistele laboritele - midagi, mida DAMA ei teinud. Ja kui teil on põhja- ja lõunapoolkeral kaks identset detektorit, saate aru, kas keskkonnamõjud võivad võltsida DAMA tulemuste tumeda aine sesoonsust - kui signaal tuli WIMP-delt, näevad mõlemad detektorid tippe samal ajal.
DAMA on oma tulemustes väga kindel, ütles Rita Bernabei Rooma ülikoolist. Naatriumjodiididetektorite eelseisva turuletuleku pärast pole ta eriti elevil. "Meie tulemusi on 14 aasta jooksul mitu korda kinnitatud, nii et meil pole põhjust oodata, millal näeme, mida teised teevad," ütleb ta. Kui muud katsed ei näe iga-aastaseid modulatsioone, otsustab koostöö lihtsalt, et need ei olnud piisavalt tundlikud.
Mis saab aga siis, kui DAMA teadlastel on õigus? "Alguses ei tahtnud ma DAMA tulemusi uskuda, ma ei võtnud neid isegi tõsiselt," ütleb Ann Arboris Michigani ülikooli astroosakeste teoreetik Katherine Freese, kes pakkus välja DAMA hooajalise modulatsiooni meetodi. Kuid kuna nende signaalile muud seletust ei leitud, rahustati teda. "Mida rohkem inimene nende katset uurib, seda rohkem ta mõistab, kui hästi see on tehtud."
Ilja Khel
