Lõuna-Dakotas Leedist ühe miili kaugusel asuvas mahajäetud kullakaevanduses töötavad Wisconsin-Madisoni ülikooli insenerid ja füüsikud kambris, mis sisaldab 10 tonni vedelat ksenooni. Nad loodavad, et maa-aluses kaevanduses, kus katseruum on kaitstud päikeseosakeste ja kosmilise kiirguse eest, suudavad nad esmakordselt tuvastada tumeainet.
Oleme juba avaldanud üksikasjaliku analüüsi selle kohta, mis võib olla tänapäevase füüsika seisukohalt salapärane tumeaine. Esialgne hüpotees ilmnes juba 1930. aastatel, kui astronoomid mõistsid, et galaktikal puudub raskusjõud, et säilitada oma struktuur ainult tänu nähtavatele allikatele - tähed, planeedid, mustad augud jne. siiani pole seda suudetud tuvastada, selle olemasolu järeldati ainult gravitatsioonimatemaatiliste mudelite abil. Astronoomid usuvad siiski, et tegelikult võib universumis olla tumeainet viis korda rohkem kui nähtavat. UW-Madisoni meeskond on otsustanud selle ebakindluse lõpetada.
Lõuna-Dakota kullakaevanduskatse kannab nime LUX-ZEPLIN ehk lühidalt LZ. See on eelmise Large Underground Xenon (LUX) eksperimendi ja ZEPLIN tumeaine programmi laiendatud versioon. Idee on tuvastada tumeaine osake, kui see suhtleb ksenooni aatomiga, põhjustades kambris ahelreaktsiooni, mis lõpuks vabastab ultraviolettvalgust ja vabastab elektronide kihistu. Kohe pärast vedelksenooni süttimist reageerib selle kohal asuvas kambris olev ksenoongaas elektronide eraldamise ja teise heledama valgusimpulsi kiirgamisega. Projektiga tegelevad füüsikud kirjeldavad seda kui "kellukest", mis heliseb tumeda aine osakesega kokkupuutel.
"Tumeaine osakesed võivad olla siin toas, läbides teie pead ja võib-olla aeg-ajalt mõne aatomiga kokku põrgates," ütles UW-Madisoni füüsika professor Duncan Carlsmith pressiteates.
LUX-ZEPLINi maa-aluse labori skemaatiline esitus
Selle kuu alguses kiitis energeetikaministeerium heaks LZ ehituse viimased etapid kullakaevanduses, ametliku nimega Sanford Underground Research Center. Vahepeal töötavad teadlased väiksema prototüübiseadmega, et tagada, et kui "suur" LZ käivitatakse 2020. aastal, ei oleks see häiretele vastuvõtlik.
Tagamaks, et vedela ksenooniga ei puutu kokku miski muu kui tume aine, ehitab meeskond kaks väliskambrit, mis on loodud saastavate osakeste tuvastamiseks ja eemaldamiseks. Kamber täidetakse 10 tonni vedela ksenooniga ja enam kui 500 fotokordistitoruga - vaakumtorudega, mis on ülitundlikud valgusdetektorid ja jälgivad LZ-d. Kui muu kui tumeaine purustab ülejäänud ksenooni, peavad detektorid näitama, et see on valehäire.
Reklaamvideo:
Niipea kui maa-aluse kaevanduse paigaldamine on valmis ja eksperiment käivitatud, jääb üle vaid oodata. Füüsikud otsivad nõrgalt interakteeruvaid massilisi osakesi ehk WIMP-sid, mis on tumeaine hüpoteetilised ehituskivid. Arvatakse, et enamasti läbivad WIMP-d tavalist ainet jäljetult, kuid võivad aeg-ajalt põrkuda tavaliste osakestega.
Projektis LUX-ZEPLIN osalejad on kokku pannud tulevase installatsiooni miniatuurse koopia. Enne ülemaailmse eksperimendi tegemist peate seda katsetama väiksema ja kallima mudeli abil.
LZ jääb püsima vähemalt viieks aastaks, kuid kõik loodavad, et see suudab WIMP-sid esmakordselt tuvastada või muul viisil tumeda aine moodustava eeterliku ainena välistada. Teised katsed Wisconsini IceCube'i osakeste astrofüüsika keskuses ning ka projektid Itaalias ja Hiinas viivad läbi oma katseid, et leida otseseid tõendeid tumeaine olemasolu kohta. UW-Madisoni füüsikud kasutavad ka suurt hadroni põrkijat, et tuvastada tumeainet, mis tekib suure energiaga osakeste kokkupõrkel. Võistlus tumeaine avastajate pärast on täies hoos!
Kui suudame selle aine leida ja mõõta, saavutame suurema arusaama universumi toimimisest kui kunagi varem. Võimalik, et tumeaine moodustab kogu kosmosest üle 25 protsendi ja kui oleme avastanud materjali spetsiifilised omadused, võib see paljastada saladusi, mis on meie eest kaua varjatud.
