XENON1T-detektoren, det største søket etter "tung" mørk materie, utelukket eksistensen av lette former for mørk materie og "famlet" de første antydningene om eksistensen av uventet tunge partikler av dette mystiske stoffet, sa prosjektdeltakerne på en pressekonferanse i det italienske laboratoriet til Gran Sasso.
“Så langt er det bare en ting som kan sies - denne forbannede partikkelen gjemmer seg fortsatt for oss. På den ene siden fant vi ikke spor etter dens eksistens i masseområdet opp til 200 GeV. På den annen side utelukker ikke modellene våre eksistensen av tyngre WIMP-er. Vi har til og med antydninger til dette i dataene, selv om deres statistiske betydning er liten - bare én sigma, og jeg vil tro at dette ikke er en ulykke,”sa Elena Aprile, en offisiell representant for XENON1T-samarbeidet.
Verden bak en mørk skjerm
I lang tid trodde forskere at universet består av saken som vi ser, og som danner grunnlaget for alle stjerner, sorte hull, tåker, støvklynger og planeter. Men de første observasjonene av stjernenes hastighet i nærliggende galakser viste at stjernene i utkanten deres beveger seg i dem med en umulig høy hastighet, som var omtrent 10 ganger høyere enn beregninger basert på massene til alle stjernene i dem.
Årsaken til dette, ifølge forskere i dag, var den såkalte mørke materien - et mystisk stoff, som utgjør rundt 75% av massen av materie i universet. Typisk har hver galakse omtrent 8-10 ganger mer mørk materie enn sin synlige kusine, og denne mørke saken holder stjernene på plass og forhindrer dem i å spre seg.
I dag er nesten alle forskere overbevist om eksistensen av mørk materie, men dens egenskaper, i tillegg til dens åpenbare gravitasjonspåvirkning på galakser og galakse klynger, er fortsatt et mysterium og et tema for kontrovers blant astrofysikere og kosmologer. I lang tid har forskere antatt at den er sammensatt av superheavy og "kalde" partikler - "wimps" som ikke manifesterer seg på noen måte, bortsett fra ved å tiltrekke seg synlige klynger av materie.
Forskere prøver å finne slike partikler i dag ved å bruke gigantiske underjordiske detektorer fylt med helt ren xenon. Kjernene i edelgassatomene, som tidligere antatt av forskere, måtte interagere med "WIMP-ene" på en spesiell måte, som kunne oppdages ved å observere lysglimt inne i det flytende xenonet.
Salgsfremmende video:
I løpet av de siste to tiårene har forskere laget omtrent et dusin av disse detektorene med økende volum og masse, og ingen av disse har klart å oppdage spor etter xenon-WIMP-interaksjoner. Spesielle forhåpninger ble festet på XENON1T-prosjektet - en detektor som ble bygget i det italienske laboratoriet i Gran Sasso i 2014 og som inneholdt rekord 3,5 tonn xenon, som er omtrent 10 ganger massen til alle konkurrentene.
Nøkkelen til universet
De første resultatene, presentert av XENON1T-teamet i november i fjor, viste seg igjen å være "null" - et team med mer enn hundre fysikere fra 21 land i verden kunne ikke finne noen vesentlige spor etter eksistensen av "WIMPs" i et veldig bredt spekter av masser og energier.
Aprile og hennes kolleger presenterte i dag resultatene av en analyse av hele datasettet, som i stor grad bekreftet deres foreløpige funn, med noen få mindre unntak. Som forskerne bemerker, klarte de å utelukke muligheten for at det eksisterer lette "WIMP-er" med masser fra 6 til 30 GeV, og tilnærmet null null sjansen for å oppdage partikler med en masse på opptil 200 GeV.
På den annen side motsier ikke dataene de har samlet seg, og ifølge Aprile selv indikerer det at partikler av mørk materie faktisk har en mye høyere masse enn fysikere tidligere antok.
“Oppgaven vår nå er veldig enkel - vi trenger bare å fortsette å observere, og samtidig senke støynivået og øke følsomheten. Som det ser ut for meg, vil vi enten kunne gå til VIMPs etter neste oppdatering av detektorene, eller så vil vi endelig lukke spørsmålet om deres eksistens, fortsetter fysikeren.
Ifølge henne er XENON1T-deltakerne allerede i gang med å sette sammen en ny versjon av detektoren, hvor massen av xenon økes til fire tonn, og interferensnivået vil bli redusert med minst 10 ganger. Installasjonen vil være ferdig i år, og den vil motta de første vitenskapelige dataene i midten av 2019.
