Materia întunecată ar putea să nu mai fie doar o ipoteză. Ce au observat cercetătorii într-un laborator aflat la 1,6 kilometri sub pământ

Oamenii de știință au detectat un semnal neobișnuit în timpul unui experiment desfășurat la 1,6 kilometri sub pământ, în statul american Dakota de Sud. Interacțiunea dintre două particule ar putea reprezenta primul indiciu direct privind materia întunecată. Fenomenul a fost observat în cadrul experimentului LUX-ZEPLIN, potrivit Reuters. Cercetătorii avertizează însă că datele disponibile nu permit confirmarea unei descoperiri.

Materia întunecată ar fi putut interacționa cu un atom de xenon

Materia întunecată se află în centrul unui nou rezultat obținut la Sanford Underground Research Facility, un laborator amenajat într-o fostă mină de aur din regiunea Black Hills, în Dakota de Sud. Cercetătorii au înregistrat o interacțiune între particule care ar putea implica un WIMP, denumire provenită din expresia engleză „weakly interacting massive particle” – particulă masivă cu interacțiune slabă.

WIMP-urile sunt considerate de oamenii de știință drept unul dintre principalii candidați pentru particulele care alcătuiesc această componentă invizibilă a Universului.

Materia obișnuită formează stelele, planetele, oamenii și toate obiectele care pot fi observate. Aceasta reprezintă însă numai aproximativ 15% din întreaga materie existentă în Univers. Restul ar fi format din materie întunecată, care nu emite și nu reflectă lumină, motiv pentru care nu poate fi văzută nici cu ochiul liber, nici cu telescoapele.

Existența sa este susținută de efectele gravitaționale observate la nivelul galaxiilor. Fizicianul Sam Eriksen, de la Universitatea Bristol din Marea Britanie și autorul principal al studiului, afirmă că semnalul înregistrat „ar putea fi primul indiciu al observării materiei întunecate”.

Experimentul LUX-ZEPLIN folosește zece tone de xenon lichid

Experimentul LUX-ZEPLIN, cunoscut și sub denumirea LZ, a fost conceput pentru a surprinde interacțiunile extrem de rare dintre materia întunecată și materia obișnuită. Instalația este optimizată pentru identificarea unor posibile WIMP-uri.

Detectorul folosește zece tone de xenon în stare lichidă, păstrate într-un recipient cilindric de mari dimensiuni. Dispozitivul este administrat de Laboratorul Național Lawrence Berkeley, instituție aflată în subordinea Departamentului american al Energiei.

Cercetătorii urmăresc situațiile în care o particulă de materie întunecată s-ar ciocni de un atom de xenon. O asemenea interacțiune ar produce scurte impulsuri luminoase, iar caracteristicile acestora le-ar permite specialiștilor să stabilească tipul particulei care a intrat în contact cu xenonul.

Rezultatul a fost prezentat marți, în cadrul unei conferințe științifice organizate în Japonia, și este descris într-un studiu trimis spre publicare revistei „Physical Review Letters”. Oamenii de știință au raportat interacțiunea unui atom de xenon cu o altă particulă, produsă într-un mod compatibil cu ipotezele referitoare la comportamentul unui WIMP.

Semnalul a produs o lumină ultravioletă foarte slabă

Datele experimentului indică posibilitatea ca un WIMP să fi lovit nucleul unui atom de xenon și să-i fi transferat o cantitate redusă de energie. Impactul ar fi produs o licărire ultravioletă foarte slabă, care a fost înregistrată de detector.

În urma presupusei coliziuni, nucleul atomului de xenon s-a deplasat brusc. Fenomenul este cunoscut în fizică sub denumirea de recul nuclear și corespunde efectului pe care cercetătorii se așteaptă să-l observe în cazul unei interacțiuni cu o particulă de materie întunecată.

Un singur eveniment nu poate confirma descoperirea

Deși interacțiunea s-a desfășurat într-un mod asemănător celui anticipat pentru un WIMP, rezultatul nu îndeplinește pragul statistic necesar pentru anunțarea descoperirii materiei întunecate. Cercetătorii subliniază că a fost observat un singur eveniment, iar acesta nu reprezintă o dovadă suficientă.

„Important este că, întrucât este vorba despre un singur eveniment, nu susținem că acesta este materie întunecată”, a declarat Sam Eriksen.

Specialiștii continuă analiza datelor pentru a exclude alte cauze care ar fi putut genera semnalul. Astrofiziciana Alvine Kamaha, de la Universitatea California din Los Angeles și coautoare a studiului, a atras atenția asupra necesității unei verificări riguroase.

„Este posibil să avem în față ceva extraordinar, dar trebuie să fim extrem de riguroși înainte de a ajunge la această concluzie”, a afirmat Alvine Kamaha.

Milioane de particule ne-ar putea traversa corpul în fiecare secundă

Natura materiei întunecate continuă să fie necunoscută, la fel ca aceea a energiei întunecate, forța cosmică misterioasă asociată cu expansiunea accelerată a Universului. Una dintre principalele ipoteze susține că materia întunecată este alcătuită din particule formate în Universul timpuriu și existente și în prezent.

Interacțiunile lor cu materia obișnuită ar fi însă atât de rare, încât aproape toate particulele ar trece prin obiecte și organisme fără să producă efecte detectabile.

„Ar putea exista milioane de particule de materie întunecată care ne traversează corpurile în fiecare secundă și, cu toate acestea, aproape niciuna nu va interacționa vreodată cu un atom din corpul nostru”, a explicat Alvine Kamaha.

Efectele gravitaționale indică existența unei mase invizibile

Comportamentul galaxiilor și al roiurilor de galaxii reprezintă unul dintre principalele argumente în favoarea existenței materiei întunecate. Masa obiectelor vizibile nu este suficientă pentru a explica efectele gravitaționale măsurate de astronomi.

„Când observăm galaxiile și roiurile de galaxii, vedem că acestea se comportă ca și cum ar conține mult mai multă masă decât materia pe care o putem vedea. Așadar, deși nu putem vedea materia întunecată în sine, putem observa efectele gravitației sale”, a declarat Alvine Kamaha.

Astrofiziciana a comparat materia întunecată cu un liant cosmic care a făcut posibilă apariția și organizarea galaxiilor.

„Vă puteți gândi la materia întunecată ca la un adeziv cosmic care a contribuit la formarea galaxiilor precum Calea Lactee. Fără materia întunecată, Universul ar fi evoluat foarte diferit, iar structurile care au dus în cele din urmă la apariția sistemului nostru solar s-ar putea să nu se fi format în același mod”, a adăugat cercetătoarea.

Cercetătorii folosesc trei metode pentru identificarea particulelor

Oamenii de știință încearcă să identifice materia întunecată prin studierea efectelor sale gravitaționale, prin experimente realizate în acceleratoare de particule și cu ajutorul detectoarelor instalate la mare adâncime. Amplasarea subterană reduce interferențele provocate de razele cosmice și de alte surse care ar putea produce semnale asemănătoare.

„Studiem efectele sale gravitaționale asupra galaxiilor și a Universului. Încercăm să producem particule de materie întunecată în acceleratoare de particule. De asemenea, efectuăm detectări directe cu ajutorul unor experimente amplasate la mare adâncime, precum LZ, pentru a le proteja de razele cosmice și de alte surse de fond, în timp ce căutăm situația extrem de rară în care o particulă de materie întunecată interacționează cu materia obișnuită”, a precizat Alvine Kamaha.