Árpád
3 °C
12 °C

Nem találjuk a sötét anyagot

2013.11.13. 11:12

Az eddigi legpontosabb mérésekkel sem sikerült közelebb kerülni a rejtélyes sötét anyag megértéséhez, de legalább ki lehet kizárni néhány korábbi, bizonytalan megfigyelésből származó jelöltet. Ahhoz képest, hogy sötét anyag az univerzumban található összes anyag közel 85 százalékát adja, szinte semmit sem tudunk róla. Az egyedüli biztos pont ez: ahhoz, hogy a látható anyag, galaxisok, galaxishalmazok úgy nézzenek ki, mint most, szükség van ennek a megfoghatatlan összetevőnek a gravitációjára. Arról sejtelmünk sincs, mi is alkothatja.

A legjobb jelöltek eddig a WIMP-ek, vagyis a gyengén kölcsönható, nehéz részecskék, melyek elvileg elárasztják a világegyetemet. Nehezek, hogy nagy tömegűek, és nagyon gyengén hatnak kölcsön a látható anyaggal: lényegében folyamatosan és szinte teljesen észrevétlenül áramolnak át mindenen, a Földön, a Napon, rajtunk.

A kutatók azt remélik, hogy jól megválasztott kísérlettel, és nagyon sok türelemmel kivárhatjuk, hogy egy-egy kósza WIMP mégis eltaláljon egy normál atomot. A LUX (Large Undergound Xenon), vagyis Nagy Földalatti Xenon kísérlet az eddigi legpontosabb mérést végzi a dél-dakotai Lead városában, illetve alatta másfél kilométerrel. A berendezés a Homestake aranybánya mélyén, az egykori híres neutrínó-detektor helyén található.

A LUX lelke, a folyékony xenont tároló tartály. Működés közben az egész helyiség vízzel van elárasztva.
A LUX lelke, a folyékony xenont tároló tartály. Működés közben az egész helyiség vízzel van elárasztva.
Fotó: Matt Kapust / Csillagaszat.hu

A mérésekhez 370 kilogramm tiszta, szuperhideg, részben folyékony xenont használtak, amelyet fényérzékeny érzékelőkkel vettek körül. Ha egy WIMP véletlenül nekiütközne az egyik xenonatomnak, az felvillanást (szcintillációt) okozna a tartályban. A LUX-detektor sugárzási szempontból a lehető legnyugodtabb hely a Földön: a nagy mélység mellett a tartályt több mint 200 köbméter nagyon tiszta víz is körülveszi, a lehető legjobban leárnyékolva azt a kozmikus sugárzástól és a radioaktív bomlások melléktermékeitől. 

Kizárhatjuk a könnyű WIMP-eket

A LUX az első három hónapja alatt 160 eseményt detektált, de a részletes elemzésből kiderült, hogy mind a háttérből ered: a LUX nem látott semmi váratlant. „Az elmúlt néhány évben több sötétanyag-kísérlet talált olyan jeleket a legalacsonyabb mért energiákon, amelyek a sötét anyagtól eredhetnek. Mi rengeteget dolgoztunk a LUX teljesítményének növelésén az alacsony energiaszinteken, de semmi jelét nem látjuk sötét anyagnak” – mondta el Rick Gaitskell (Brown University, USA), a LUX egyik vezetője.  

A LUX felépítése. A becsapódó WIMP szcintillációt okoz, illetve ionizálja is a xenon-atomot. A keletkező fényt és az elektron keltette áramot is detektálják a műszerek.
A LUX felépítése. A becsapódó WIMP szcintillációt okoz, illetve ionizálja is a xenon-atomot. A keletkező fényt és az elektron keltette áramot is detektálják a műszerek.
Fotó: Csillagaszat.hu

Vagyis a LUX alapján a korábbi megfigyelések nem sötét anyagtól, hanem más forrásokból, feltehetően a háttérzajból származtak. A könnyű WIMP részecskéket most már kizárhatjuk a sötétanyag-jelöltek listájáról.

A LUX hamarosan ismét üzembe áll, 300 napnyi folyamatos mérésre készülve. Már az első 85 nap alatt is nagyobb érzékenységet ért el, mint az eddigi sötétanyag-kísérletek összesen. Egy év múlva pedig talán megtalálja az első WIMP-et.