Sötét anyagban úszik a Föld

Fizikai Nobel-díjra érdemes felfedezés, vagy a fizikus közösség előtti teljes lebőgés? Olasz kutatók szenzációs, és a szakma részéről rendkívüli kétkedéssel fogadott bejelentést tettek a hipotetikus sötét anyag laboratóriumi detektálásáról. A modern fizika egyik legizgalmasabb kérdése a mindeddig pusztán gravitációs hatásaik révén ismert sötét anyag és sötét energia problémája. Az elképzelések szerint a világegyetem anyagának és energiájának csak töredéke, mindössze négy százaléka van jelen általunk is látható, megfigyelhető formában. Körülbelül 20 százaléknyi része a sötét anyag, ami túlságosan kevés információt szolgáltat magáról ahhoz, hogy detektálhatnánk, és eddig a Földön sem sikerült semmilyen nyomát kimutatni. A maradék, legnagyobb rész a sötét energia, melynek hatása a Világegyetem gyorsuló tágulásában mutatkozik meg.

Olaszországban, az Appeninekhez tartozó Gran Sasso csúcsa alatt található részecskefizikai laboratóriumban működik a DAMA (DArk MAtter) projekt, melynek célja a galaktikus halo sötét anyagából származó részecskék detektálása. A kísérletben több szcintillációs detektort alkalmaznak. Ezek közül az egyik, a körülbelül 100 kilogramm NaI-t tartalmazó DAMA/NaI 2002 júliusa, míg a körülbelül 250 kg nátrium-jodiddal feltöltött DAMA/LIBRA 2003 márciusa óta üzemel.

A berendezésekben alkalmazott rendkívül csekély radioaktivitású NaI kristályok szintén alacsony aktivitású, rézből készült kamrákban helyezkednek el. A kristályokban bekövetkezett kölcsönhatási eseményeket felvillanások jelzik, és ezeket a fotonokat fotoelektronsokszorozó csövekkel (PMT) detektálják.

A zavaró hatásokat (például a környezeti neutronokat) különböző árnyékoló pajzsokkal, többek között a Gran Sasso szikláinak felhasználásával készült egy méter vastag betonréteggel próbálják kiküszöbölni. A rézház körül enyhe túlnyomás uralkodik, ami egy háromlépcsős szigetelőrendszer egyik eleme. A berendezések teljes egészében légkondicionáltak, az állandó hőmérséklet tartásában pedig sokat segít a többtonnás, rendkívül nagy hőkapacitású pajzs, amihez a rézházak kapcsolódnak. A kísérletek során a DAMA/NaI mára már 7 éves ciklust észlelt végig. A mérési adatok Rita Bernabei (Universita de Roma) és munkatársai által elvégzett részletes elemzése azt mutatja, hogy a berendezésben detektált események számának változása nagyon jól követi a galaktikus halo sötét anyagából származó részecskék számának a nyolcvanas évek közepén Freese és munkatársai által megjósolt évi változását.

Azt találták ugyanis, hogy a részecskék közötti kölcsönhatási események pontosan egy éves periódussal ingadoznak, gyakorisági maximumuk pedig egybeesik azzal az időszakkal, amikor a Föld Nap körüli keringési sebessége hozzáadódik a Tejútrendszerhez viszonyított keringés sebességéhez, és így több sötétanyag-részecske halad át detektorainkon (és testünkön), mint fél évvel később.

A DAMA/LIBRA három évvel rövidebb időszakra kiterjedő, de jóval pontosabb adatai megerősítették ezt az eredményt. A kutatók minden egyéb, hasonló effektust okozó okot ki tudtak zárni, így a két méréssorozat kombinált eredménye magas konfidenciaszinten igazolhatja a sötét anyag jelenlétét.

Amennyiben független kísérletek igazolni fogják a DAMA projekt eredményeit, fantasztikus áttörésről lehet szó. Egyelőre ennek azonban semmi jele, és a szakma képviselőinek többsége elutasítja a detektált jelek fenti értelmezését. Maguk a kutatók is előzetes eredményként kezelik a több mint tíz éven átívelő méréssorozat feldolgozását, amit mindeddig nem is publikáltak vezető szakmai folyóiratban. Mindenesetre elképzelhető, hogy a galaxisok szerkezetét, nagyléptékű térbeli eloszlását meghatározó hatásokat érzékeny földalatti részecskedetektorok segítségével fogjuk megérteni.