Największa zagadka wszechświata siedzi tuż przed naszym nosem

Pomyśl o tym przez chwilę: około 85% całej materii we wszechświecie? Nie widzimy jej. Nie możemy jej dotknąć. Nie wykrywamy jej bezpośrednio. Po prostu wiemy, że istnieje, bo grawitacja sprawia, że wszystko inne tańczy wokół niej.

Ciemna materia. Ultimate ghost kosmosu.

Przez dziesięciolecia naukowcy polowali na tę substancję, używając coraz sprytniejszych metod. Obserwowali jej wpływ na gromady galaktyk, śledzili, jak światło ugina się wokół niewidzialnych mas, obliczali jej efekty na kosmiczną sieć trzymającą galaktyki w kupie. Ale faktycznie złapać cząstkę ciemnej materii? To wciąż pozostaje uporczywie poza naszym zasięgiem.

Do teraz, być może.

Igła w górze

Jakieś półtora kilometra pod ziemią — głęboko w tym, co kiedyś było kopalnią złota w Dakocie Południowej — siedzi jedno z najczulszych urządzeń, jakie ludzkość kiedykolwiek zbudowała. Eksperyment LUX-ZEPLIN, czyli LZ, nie tylko szuka ciemnej materii. Słucha jej, używając sensorów tak delikatnych, że wykrywają pojedyncze cząstki światła.

Sama aparatura to zasadniczo zbiornik wypełniony 10 tonami ultraczystego ciekłego ksenonu. Kiedy cząstka ciemnej materii (jeśli w ogóle istnieje) uderzy w jeden z atomów ksenonu, powinien powstać malutki, malutki rozbłysk światła. Mówimy o minimalnych rozmiarach. Sygnał, przy którym szukanie igły w stogu siana wygląda jak spacer w parku.

A tutaj jest haczyk: ciemna materia z samej swojej natury nie lubi oddziaływać ze zwykłą materią. Zasadniczo ignoruje zwykłą materię, chyba że przez grawitację i coś, co nazywamy słabą siłą jądrową. Więc te zderzenia powinny być niewiarygodnie rzadkie. Może jedna cząstka przechodząca przez Ziemię co minutę, może mniej.

Widać więc, dlaczego naukowcy potrzebują niesamowicie czułego sprzętu i sporo cierpliwości.

Ta jedna wspaniała chwila

I tutaj robi się ciekawie.

W czerwcu 2023 roku (co ciekawe, kiedy Ziemia pędzi przez galaktyczny strumień ciemnej materii z maksymalną prędkością), detektor LZ zarejestrował coś. Pojedyncze zdarzenie. Jedno zderzenie, które według wszystkich obliczeń pasuje do tego, jak wyglądałaby cząstka ciemnej materii, gdyby trafiła idealnie.

Dr Rick Gaitskell, rzecznik LZ, nazwał to "absolutnie fascynującym". Szczerze? To naukowe powiedzenie oznaczające "nasze serca biją jak szalone, ale nie chcemy zapeszyć".

Sygnał osiągnął to, co badacze nazywają istotnością 2,6 sigma. Dla kontekstu, złoty standard do ogłoszenia prawdziwego wykrycia to 5 sigma — basically pewność statystyczna. Więc to nie jest potwierdzenie. To "hej, coś dziwnego właśnie się wydarzyło i nie możemy tego wyjaśnić".

Jeszcze.

Dlaczego osobiście mnie to ekscytuje (i Ciebie też powinno)

oto co mnie w tej historii kręci. Nie mówimy o żadnej teorii spod ciemnej gwiazdy czy egzotycznych spekulacjach. Istnienie ciemnej materii to solidny konsensus naukowy jak nic. Po prostu nie wiemy, czym tak naprawdę JEST.

Główny kandydat od dekad to coś o nazwie WIMP-y — Weakly Interacting Massive Particles. Te teoretyczne cząstki wyjaśniałyby wszystko, co obserwujemy w ciemnej materii, jednocześnie tłumacząc, dlaczego jeszcze ich nie wykryliśmy. Są nieśmiałe. Bardzo, bardzo nieśmiałe.

Zdarzenie zaobserwowane przez LZ byłoby zgodne z WIMP-em ważącym co najmniej 200 razy więcej niż proton. To sporo! To masa, która mogłaby wreszcie dać nam konkretną odpowiedź.

Fizyk Aaron Manalaysay powiedział to pięknie: "To pierwszy przykład w każdym eksperymencie, przy którym pracowałem, outliera, który wydaje się prawidłowy pod każdym względem."

Nie licz jeszcze ciemnej materii

Chcę tutaj być odpowiedzialny, bo naukowcy absolutnie są. Przy zaledwie jednym zdarzeniu, jednej jedynej interakcji, zespół nie ogłasza odkrycia. Nie może. Tak nauka nie działa i szczerze mówiąc, to właśnie dlatego możemy jej ufać.

Wciąż mogą istnieć nieznane tła — rzadkie interakcje cząstek, które naśladują to, jak wyglądałaby ciemna materia. Zespół LZ zachowuje admirably ostrożność, co jest dokładnie tym, jak naukowcy powinni się zachowywać przy czymś tak znaczącym.

W nadchodzących miesiącach i latach przeanalizują więcej danych, przeprowadzą więcej testów i najważniejsze — podzielą się wynikami, żeby inni naukowcy mogli szukać w nich dziur. To piękne w nauce. Każdy chce poznać prawdę, nawet jeśli oznacza to udowodnienie, że własne wyniki były błędne.

Co to oznacza dla reszty z nas

oto sedno: nawet jeśli to okaże się niczym — statystycznym wypadkiem przy pracy, nieznanym artefaktem — fakt, że tak bardzo się do tego zbliżamy, ma ogromne znaczenie. Eksperyment LZ to najczulszy łowca ciemnej materii, jaki kiedykolwiek zbudowano. Jeśli cząstki ciemnej materii gdzieś tam są, zawężamy ich kryjówki z każdym mijającym dniem.

A jeśli to JEST prawdziwe? Jeśli ten jeden malutki rozbłysk w ciemności kopalni w Dakocie Południowej to faktycznie ciemna materia, która pojawia się po raz pierwszy oficjalnie?

Cóż, to byłoby jedno z największych odkryć naukowych w historii ludzkości. Wreszcie zrozumielibyśmy, z czego tak naprawdę składa się większość wszechświata.

Więc stay curious, przyjaciele. Wszechświat ma w zwyczaju nas zaskakiwać.

Źródło: Popular Mechanics