Përpjekja për të kapur lëndën e errët në një bodrum

Pak gjëra mbajnë të njëjtën atmosferë misteri si materia e errët. Vetë emri rrezaton fshehtësi, duke sugjeruar diçka të fshehur në hijet e universit.

Një ekip bashkëpunues shkencëtarësh i quajtur COHERENT, duke përfshirë Kate Scholberg, Profesor i shquar i Arteve dhe Shkencave të Fizikës, Phillip Barbeau, profesor i asociuar i fizikës dhe studiuesi postdoktoral Daniel Pershey, u përpoqën të nxirrnin materien e errët nga hijet e universit dhe paksa. destinacion më pak magjepsës: një korridor i ngushtë me ndriçim të ndezur në një bodrum.

Megjithatë, jo një bodrum i zakonshëm. Duke punuar në një zonë të Laboratorit Kombëtar Oak Ridge me nofkën Neutrino Alley, ekipi zakonisht fokusohet në grimcat nënatomike të quajtura neutrino. Ato prodhohen kur yjet vdesin dhe bëhen supernova, ose, në një nivel më të ulët në tokë, si një nënprodukt i përplasjeve të protoneve në përshpejtuesit e grimcave.

Jo rastësisht, Neutrino Alley ndodhet direkt nën një nga përshpejtuesit më të fuqishëm të grimcave në botë, Burimi i Neutronit të Spallation të Oak Ridge (SNS). Neutrino Alley strehon një koleksion detektorësh të krijuar posaçërisht për të vëzhguar neutrinot ndërsa kalojnë dhe përplasen me to.

Megjithatë, neutrinot nuk janë nënprodukti i vetëm i operacioneve të SNS. Lënda e errët (që nuk duhet ngatërruar me anti-materinë e preferuar të zuzarit të filmit) prodhohet gjithashtu kur përshpejtuesit e grimcave përplasin protonet së bashku. Në vijim të viteve të llogaritjeve teorike, ekipi KOHEREENT u përpoq të përfitonte si nga fuqia e SNS ashtu edhe nga ndjeshmëria e detektorëve të tyre të neutrinos për të vëzhguar lëndën e errët në Rrugicën e Neutrinos.

“Dhe ne nuk e pamë atë,” thotë Scholberg. “Sigurisht, nëse do ta kishim parë, do të ishte më emocionuese, por të mos e shohësh është në fakt një punë e madhe”.

Ajo shpjegon se fakti që materia e errët nuk u vëzhgua nga detektorët e tyre të neutrinove i lejon ata të përsosin shumë modelet teorike se si duket materia e errët.

“Ne e dimë saktësisht se si do t’i përgjigjej detektori lëndës së errët nëse materia e errët do të kishte karakteristika të caktuara, kështu që ne po kërkonim atë gjurmë gishtash specifike.”

Gjurma e gishtit në fjalë është mënyra në të cilën bërthamat e atomeve në detektorin e neutrinos tërhiqen kur goditen nga një neutrino, ose në këtë rast, nga një grimcë e materies së errët.

“Është si të hedhësh predha në një top bowling në një fletë akulli,” tha Pershey. Topat e bowling-ut, në analogjinë e tij, janë atomet që gjenden në detektorin e neutrinos – i cili në këtë eksperiment ishte një kristal 14.6 kg jodur cezium. “Mund të tregosh shumë për predhën dhe forcën me të cilën është hedhur nga sa tërhiqet topi i bowlingut pas kontaktit.”

Kur bëhet fjalë për lëndën e errët, çdo informacion është informacion i mirë. Askush nuk e di vërtet se çfarë është. Pothuajse 100 vjet më parë, fizikantët kuptuan se universi nuk mund të sillej ashtu siç bënte nëse gjithçka që përmbante ishin gjërat që mund të shohim.

“Ne jemi duke lundruar në një det me lëndë të errët,” tha Jason Newby, udhëheqës i grupit për kërkimin e neutrinos në Oak Ridge National Lab dhe një bashkëautor i studimit. Konsensusi midis fizikantëve është se materia e errët përbën deri në 85% të masës së universit. Duhet t’i nënshtrohet gravitetit për të shpjeguar sjelljen e universit, por nuk ndërvepron me asnjë lloj drite ose valë elektromagnetike, duke u shfaqur e errët.

“Ne mësuam për këtë duke parë galaktikat e mëdha që rrotullohen rreth njëra-tjetrës, duke parë se ato rrotullohen shumë më shpejt se sa duhet, duke nënkuptuar se kanë më shumë masë se sa duket të kenë,” tha Pershey. “Pra, ne e dimë se ka gjëra shtesë atje, ne vetëm duhet të mësojmë se ku t’i kërkojmë ato.”

“Edhe pse ne jemi në sferën e kryesisht pa rezultate,” tha Newby, “është vërtet e rëndësishme që kudo që mund të shikoni, shikoni dhe më pas mund të përjashtoni një numër të plotë mundësish dhe të përqendroheni në një fushë të re me strategji. në vend që të përdorni një qasje “spageti në mur”.

“Ne po zgjerojmë shtrirjen tonë për modelet e materieve të errëta që mund të ekzistojnë, dhe kjo është shumë e fuqishme,” tha Scholberg.

Ajo thekson se arritja nuk ndalet këtu: eksperimenti gjithashtu i lejoi ekipit të zgjeronte kërkimin mbarëbotëror për lëndën e errët në një mënyrë të re.

“Teknologjia tipike e zbulimit është të shkosh nën tokë, të ndërtosh një detektor shumë të ndjeshëm dhe të presësh që këto grimca të materies së errët të kalojnë”, tha Pershey.

Problemi? Grimcat e materies së errët mund të udhëtojnë mjaft të qetë nëpër ajër. Nëse ndodh që të jenë gjithashtu shumë të lehta, mund të mos arrijnë te detektori me energji të mjaftueshme për të krijuar një gjurmë gishti të dallueshëm.

Konfigurimi eksperimental i ekipit COHERENT trajton këtë çështje.

“Kur shkoni te një përshpejtues, ju i prodhoni ato grimca me energji dukshëm më të larta”, tha Pershey. “Dhe kjo u jep atyre shumë më tepër hapësirë për të goditur në bërthama dhe për të bërë të shfaqet sinjali i materies së errët.”

Pra, çfarë tani? Nuk është kthyer fare në tabelën e vizatimit. Neutrino Alley aktualisht po përgatitet të marrë një detektor shumë më të madh dhe më të ndjeshëm, i cili, i kombinuar me parametrat e rafinuar të kërkimit të COHERENT, do të përmirësojë shumë shanset për të kapur një nga këto grimca djallëzore.