A Világegyetem Legnagyobb Rejtélye
Figyelj, van valami, ami tényleg lesöpörheti a lábadról: minden, amit látsz és megérinthetsz — a telefonod, a kávéd, a saját tested — mindössze az univerzumban lévő anyag nagyjából 15 százalékát teszi ki. A maradék 85 százalék? Fogalmunk sincs, mi az. Sosem láttuk, sosem értük hozzá, közvetlenül semmit sem érzékeltünk belőle. Mégis tudjuk, hogy léteznie kell, mert a gravitáció egyszerűen nem működne úgy, ahogyan működik. A galaxisok szétrepülnének. Az a világegyetem, amit ismerünk, egyszerűen nem létezne.
A tudósok sötét anyagnak hívják ezt a rejtélyes valamit, és közel száz éve próbálják kitalálni, miből áll.
Nos, talán közelebb vagyunk a megfejtéshez.
Egy mérfölddel a föld alatt
Hadd meséljek neked az LZ-ről — nem, nem a Led Zeppelin albumáról van szó. Az LZ a LUX-ZEPLIN rövidítése, és ez az egyik legmenőbb tudományos kísérlet, amit valószínűleg még sosem hallottál.
Képzeld el: egy mérföld mélyen a föld alatt, egy dél-dakotai aranybánya gyomrában a tudósok egy 10 tonnás tartályt építettek, amely ultra-tisztított folyékony xenont tartalmaz. (A xenon az a nemes gáz, ami kéken világít, ha elektromos áramot vezetsz át rajta.) Az egészet rétegnél rétegebb védelem veszi körül, hogy kiszűrjék a kozmikus sugarakat és minden más zavaró hatást.
Minek ez az egész herce-hurca? Azért, mert a sötét anyag részecskéi — ha egyáltalán léteznek — néha nekiütközhetnek a xenon atomoknak, és apró fényvillanásokat hozhatnak létre, amelyeket érzékeny detektorok képesek érzékelni. Minél mélyebben vagy, minél csendesebb a környezeted, annál nagyobb az esélyed, hogy észrevedd a jelet.
És most az LZ észlelt valamit.
Az Magyarázat Nélküli Jel
A kutatók nemrég 220 napnyi adatot elemeztek, és találtak... egy eseményt. Egyetlenegy interakciót, ami semmilyen normális anyagból származó jelnek nem felel meg.
Ez azért fontos, mert az esemény pontosan ott történt, ahol a sötét anyag jelének kellene megjelennie, és az összes szokásos háttérzajforrást (radioaktív bomlás, kozmikus sugarak stb.) gondosan kiszűrték. A csapat hónapokig ellenőrizte újra és újra a munkáját. Olyan jól ismerik a detektorukat, hogy még egy magyarázat nélküli esemény is figyelmet érdemel.
„Nagyon izgalmas látni ezt az eseményt az adatokban" — mondta Rick Gaitskell, az LZ szóvivője, a Brown Egyetem professzora. „Egyetlen eseménnyel nem szeretnénk túl nagyot álmodni. Nem állítjuk, hogy megtaláltuk a sötét anyagot. De valami érdekeset láttunk."
Ez az a fajta idézet, amiért a szívem hevesebben dobban. Óvatos optimizmus! Megfelelő tudományos módszertan! Nem vonni le elhamarkodott következtetéseket! (Nézek valahova máshova, bizonyos más tudományterületek felé, amelyeket nem nevezek meg.)
Mi Lehet Ez?
Ha ez a jel valóban sötét anyag, akkor valószínűleg egy WIMP-pel van dolgunk — Weakly Interacting Massive Particle, azaz gyengén kölcsönható nagy tömegű részecske. Ezek a legesélyesebb jelöltek a sötét anyagra: olyan részecskék, amelyek gyakorlatilag csak a gravitáción és a gyenge kölcsönhatáson keresztül érintkeznek a normális anyaggal.
Az a hipotetikus WIMP, ami ezt a jelet okozhatta, legalább 200-szor nehezebb lenne egy protonnál. Ez a részecskefizikában elég impozáns méret. És itt jön valami érdekes: ez egy olyan típusú kölcsönhatást jelent, ami túlmutat a legegyszerűbb modelleken, amiket általában keresnek a tudósok.
Szóval vagy megtaláltuk a sötét anyagot, vagy egy olyan új típusú normális részecskék közti kölcsönhatást találtunk, amiről nem is tudtunk. Mindkettő elég izgalmas lenne, őszintén szólva.
Miért Nem Szabad Még Túlzottan Izgulnunk
Tudom, tudom — már készen állsz, hogy frissítsd a Facebook-státuszodat a sötét anyag felfedezéséről. Lassíts, barátom.
A részecskefizikában 5-szigma szignifikanciát kell elérned, mielőtt felfedezést hirdethetsz. Ez azt jelenti, hogy kevesebb mint 0,00003 százalék az esélye, hogy az eredményed csak véletlen zaj. Az LZ jele jelenleg 2,6 szigmánál tart — körülbelül 0,5 százalék az esélye, hogy ez csak egy statisztikai hiba.
Ez érdekes, de nem bizonyíték.
Gondolj így: képzeld el, hogy keresed az elveszett kontaktlencsédet a konyha padlóján. Látsz valami csillogó valamit. Az a lencse? Lehet. Morzsa? Az is lehet. Egy kis alufólia-darab a tegnap esti nasitól? Az is benne van. Fel kellene venned és tényleg megnézned, hogy biztosan tudd.
Az LZ csapatának több adatra van szüksége. Szerencsére már most a világ legnagyobb adathalmazát gyűjtötték össze sötét anyag keresésére, és nem tervezik abbahagyni.
Mi Jön Ezután?
A kísérlet folytatódik, napról napra egyre több adatot gyűjt. Ha ez a titokzatos jel megmarad — vagy még jobb, ha hasonló események halmozódnak fel — a szignifikancia elkezd közelíteni ahhoz a bizonyos 5-szigma küszöbhöz.
Vagy a jel el is tűnhet, és kiderülhet, hogy csak egy statisztikai mellékhatás volt. Ez is a tudomány része. Néha a null-eredmény épp olyan fontos.
Bármelyik is legyen az igazság, valami gyönyörűségeset találok ebben az egész vállalkozásban. Egy mérfölddel a föld alatt ülünk, ultra-tisztított folyékony xenonnal körülvéve, láthatatlan dolgok után kutatva, amelyek az univerzum nagy részét alkotják. A világegyetem furcsa, és mi mégis folyamatosan próbáljuk megérteni.
Az, hogy az LZ tényleg meglátta-e a sötét anyagot, egyelőre kérdéses. De egyelőre van egy apró, megmagyarázatlan jel, ami mellett a világ fizikusai nagyon figyelmesen elsétálnak.
Maradj kíváncsi, barátaim. A világegyetem mindig tartogat még meglepetéseket.