Universumin suurin mysteeri, aivan silmiemme edessä

Tässä jotain häkellyttävää: noin 85 prosenttia kaikesta universumin aineesta on näkymätöntä. Sitä ei voi nähdä, koskettaa tai havaita suoraan millään laitteella. Tiedämme sen olevan olemassa vain siksi, miten painovoima saa kaiken muun käyttäytymään.

Tummaa ainetta. Universumin lopullinen haamu.

Vuosikymmenten ajan tutkijat ovat jahtaneet tätä ainetta yhä nerokkaammilla tavoilla. He ovat nähneet sen vaikutukset galaksijoukoissa, katsoneet valon taipuvan näkymättömien massojen ympärillä ja laskeneet sen vaikutuksia galakseja yhteen pitävään kosmiseen verkkoon. Mutta onnistua napakapselin kiinni saaminen? Se on pysynyt kiusallisen mahdottomana.

Kenties nyt.

Neulan etsintää vuoren sisältä

Noin puolitoista kilometriä maan alla, entisessä kultakaivoksessa Etelä-Dakotassa, istuu yksi herkimmistä instrumenteista, jonka ihmiskunta on koskaan rakentanut. LUX-ZEPLIN eli LZ-koe ei vain etsi tummaa ainetta. Se kuuntelee sitä antureilla, jotka ovat niin herkkiä, että ne havaitsevat yksittäisiä valohiukkasia.

Itse detektori on käytännössä säiliö, jossa on kymmenen tonnia ultrapuhdasta nestemäistä ksenonia. Kun tumman aineen hiukkanen (jos sellainen on olemassa) sattuu törmäämään yhteen ksenon-atomeista, sen pitäisi synnyttää pienen pieni valonvälähdys. Pienen, sanon sinulle. Niin pieni signaali, että neulan löytäminen heinäsuovasta vaikuttaa kävelyltä puistossa.

Ja tässä tumman aineen olemus: sen luonteen vuoksi se ei pidä vuorovaikutuksesta tavallisen aineen kanssa. Se käytännössä ohittaa kaiken tavanomaisen paitsi painovoiman ja niin sanotun heikon ydinvoiman. Siksi nämä törmäykset ovat uskomattoman harvinaisia. Ehkä yksi hiukkanen ohittaa Maan joka minuutti, ehkä harvemmin.

Ymmärrät, miksi tutkijat tarvitsevat äärimmäisen herkkiä laitteita – ja valtavasti kärsivällisyyttä.

Se yksi mahtava tapahtuma

Ja nyt asiat alkavat kiinnostaa oikeasti.

Kesäkuussa 2023 (silloin kun Maa kiitää galaksimme tumman aineen virtauksen läpi maksiminopeudella) LZ-detektori rekisteröi jotain. Yksi ainoa tapahtuma. Yksi törmäys, joka kaikkien laskelmien mukaan vastaa sitä, miltä tumman aineen hiukkanen näyttäisi, jos se osuisi juuri oikealla tavalla.

Tohtori Rick Gaitskell, LZ:n tiedottaja, kutsui sitä "äärimmäisen kiehtovaksi". Rehellisesti sanottuna: se on tutkijakieltä ilmaisulle "sydämemme hakkaa, mutta emme halua pilata tätä huutamalla".

Signaalilla oli se, mitä tutkijat kutsuvat 2,6 sigman merkitsevyysksi. Vertailun vuoksi: vakiintunut standardi oikean havaitsemisen julistamiseen on 5 sigma – käytännössä tilastollinen varmuus. Joten tämä ei ole vahvistus. Tämä on "hei, jotain outoa tapahtui juuri äsken, emmekä pysty selittämään sitä pois".

Vielä.

Miksi olen henkilökohtaisesti innoissani (ja sinunkin kannattaisi olla)

Tässä on se, mikä saa minut innostumaan tästä tarinasta. Emme puhu jostain sivuteoriasta tai eksoottisesta spekulaatiosta. Tumman aineen olemassaolo on yhtä varma kuin tieteellinen konsensus voi olla. Emme vain tiedä, mitä se oikeasti on.

Vuosikymmenten ajan johtava ehdokas on ollut niin sanotut WIMPsit – heikosti vuorovaikuttavat massiiviset partikkelit. Nämä teoreettiset hiukkaset selittäisivät kaiken, mitä tumman aineen käytöksestä havainnoimme, ja samalla sen, miksi emme ole vielä havainneet niitä. Ne ovat ujoja. Erittäin, erittäin ujoja.

Tapahtuma, jonka LZ havaitsi, vastaisi WIMP-hiukkasta, jonka massa on vähintään 200 kertaa protonin massa. Se on huomattava! Sellaista massaa, joka voisi viimein, viimein antaa konkreettisen vastauksen.

Fyysikko Aaron Manalaysay tiivisti sen kauniisti: "Tämä on ensimmäinen esimerkki missä tahansa kokeessa, jossa olen työskennellyt, siitä että poikkeama näyttää pätevältä joka suhteessa."

Älä laske tummaa ainetta ennen aikojaan

Haluan olla vastuullinen tässä, koska tutkijat ovat sitä ehdottomasti. Yhdellä ainoalla tapahtumalla, yhdellä ainoalla vuorovaikutuksella, tiimi ei voi julistaa löytöä. He eivät voi. Näin tiede toimii, ja rehellisesti sanottuna juuri se tekee siitä luotettavan.

Taustalla voi edelleen olla tuntemattomia häiriöitä – harvinaisia hiukkasten vuorovaikutuksia, jotka jäljittelevät tumman aineen käytöstä. LZ-tiimi on ihailtavan varovainen, ja juuri niin tutkijoiden kuuluukin käyttäytyä, kun kyse on jotain näin merkittävästä.

Tulevien kuukausien ja vuosien aikana he analysoivat lisää dataa, suorittavat lisää testejä ja ennen kaikkea jakavat löydöksensä, jotta muut tutkijat voivat etsiä niistä heikkouksia. Se on tiedeen hienous. Kaikki haluavat löytää totuuden, vaikka se tarkoittaisi omien tulosten kumoamista.

Mitä tämä tarkoittaa meistä muista

Tässä pointti: vaikka tämä osoittautuisi mitättömäksi – tilastolliseksi heilahdukseksi, tuntemattomaksi artefaktiksi – se, että olemme päässeet näin lähelle, on valtavan merkittävää. LZ-koe on herkimpiä tumman aineen metsästäjiä, joita on koskaan rakennettu. Jos tumman aineen hiukkaset ovat siellä jossain, kavennamme niiden piilopaikkoja joka päivä.

Entä jos se onkin totta? Jos se yksi pieni valonvälähdys Etelä-Dakotan kaivoksen pimeydessä on todella tummaa ainetta, joka tekee ensimmäisen vahvistetun esiintymisensä?

No, se olisi yksi ihmiskunnan suurimmista tieteellisistä löydöistä. Saisimme vihdoin selville, mistä suurin osa universumista oikeasti koostuu.

Joten pysy uteliaana, ystäväni. Universumilla on tapana yllättää meidät.

Lähde: Popular Mechanics