Kosmoksen suurin mysteeri – vai olemmeko me?

Tiesitkö tämän? Kaikki, minkä näet ja kosketat – puhelimesi, kahvimukisi, oma kehosi – muodostaa vain noin 15 prosenttia kaikesta aineesta maailmankaikkeudessa. pozostałe 85 prosenttia? Ei hajuakaan, mistä se koostuu. Emme ole nähneet sitä, koskettaneet sitä emmekä havainneet sitä suoraan millään laitteella.

Mutta tiedämme, että sen täytyy olla olemassa. Ilman sitä painovoima ei toimisi nykyisellä tavallaan. Galaksit hajoaisivat. Kaikki mitä tunnemme, lakkaisi olemasta.

Tätä mysteeriainesta kutsutaan pimeäksi aineeksi, ja lähes sata vuotta tutkijat ovat yrittäneet selittää sitä.

Nyt ehkä olemme askelen lähempänä.

Kilpailu syvyyksissä

Siirrytäänpa hetkeksi Etelä-Dakotaan, entiseen kultakaivokseen, metrin syvyyteen maan alle. Siellä sijaitsee LUX-ZEPLIN eli LZ – yksi mielenkiintoisimmista tieteellisistä kokeista, josta et ole todennäköisesti koskaan kuullut.

Kyseessä on säiliö, joka sisältää kymmenen tonnia erittäin puhdasta nestemäistä ksenonia. Ksenon on se jalokaasu, joka hohtaa sinisenä sähkövirran vaikutuksesta. Koko laitteisto on suojattu kerroksittain, jotta kosmiset säteet ja muu häiriö eivät pääsisi sisään.

Miksi moisella vaivalla? Koska pimeän aineen hiukkaset – jos sellaisia on olemassa – saattavat silloin tällöin törmätä ksenon-atomeihin. Törmäys tuottaisi himmeän valonvälähdyksen, jonka herkät detektorit pystyvät havaitsemaan. Mitä syvemmällä ja hiljaisemmassa ympäristössä ollaan, sitä paremmat mahdollisuudet on.

Ja nyt LZ on havainnut jotain.

Yksittäinen tapahtuma, jota kukaan ei osaa selittää

Tutkijat analysoivat 220 päivän datan ja löysivät... yhden ainoan tapahtuman. Pelkästään yhden poikkeavan vuorovaikutuksen, joka ei vastaa mitään tunnettua tavallisen aineen ilmiötä.

Tämä on oleellista: tapahtuma sattui juuri siellä, missä pimeän aineen signaalien pitäisi näkyä. Taustakohina – radioaktiivinen hajoaminen, kosmiset säteet ja muut häiriölähteet – on huolellisesti huomioitu. Tiimi käytti kuukausia tulosten tarkistamiseen.

"Olemme hyvin uteliaita tämän tapahtuman suhteen", totesi Rick Gaitskell, LZ:n tiedottaja ja Brown-yliopiston professori. "Yhden tapahtuman kanssa emme halua edetä liian nopeasti. Emme väitä löytäneemme pimeää ainetta. Mutta olemme nähneet jotain mielenkiintoista."

Tällaista lausetta on ilo siteerata. Varovaista optimistisuutta! Tieteellistä tarkkuutta! Ei hätäisiä johtopäätöksiä!

Mistä tässä on kyse?

Jos signaali on todella peräisin pimeästä aineesta, kyseessä on luultavasti niin kutsuttu WIMP – heikosti vuorovaikuttava massiivinen hiukkanen. WIMP:t ovat johtavia ehdokkaita pimeän aineen selittäjiksi, hiukkasia jotka ovat vuorovaikutuksessa tavallisen aineen kanssa käytännössä vain painovoiman kautta.

Hypoteettinen WIMP, joka olisi voinut aiheuttaa tämän signaalin, olisi massaltaan vähintään 200 kertaa protonin painoisempi. Se on iso numero hiukkasfysiikan mittakaavassa. Lisäksi se edustaisi vuorovaikutustyyppiä, joka ylittää yksinkertaisimmat mallit.

Joten joko olemme löytäneet pimeän aineen – tai sitten olemme löytäneet täysin uudenlaisen tavallisen aineen vuorovaikutuksen, josta emme tienneet. Kumpikin olisi hurjan jännittävää.

Malttia, ystäväni

Ymmärrän, että haluat päivittää Facebookiin pimeän aineen löytöä. Hetkinen.

Hiukkasfysiikassa uusi löytö vaatii viiden sigman merkitsevyyden. Se tarkoittaa alle 0,00003 prosentin todennäköisyyttä sille, että tulos on pelkkää satunnaista kohinaa. LZ:n signaali on tällä hetkellä 2,6 sigman tasolla – noin 0,5 prosentin mahdollisuus harhanalle.

Kiinnostavaa, mutta ei varmaa.

Ajattele asiaa näin: etsit kadonnutta piilolinssiä keittiön lattialta. Näet jotain kiiltävää. Onko se linssi? Ehkä. Onko se murunen? Mahdollisesti. Jääkaapista tippunutta foliopalaa? Sekin on mahdollista. Pitäisi ottaa käsiinsä ja katsoa tarkemmin.

LZ-tiimi tarvitsee lisää dataa. Onneksi he ovat jo keränneet maailman suurimman aineiston pimeän aineen hauissa, eikä työ ole lähelläkään loppuaan.

Mitä seuraavaksi?

Koe jatkuu päivä toisensa jälkeen. Jos tuo outo signaali pysyy näkyvissä – tai paremmillaan, jos lisää samankaltaisia tapahtumia kertyy – merkitsevyys nousee kohti tuota tavoiteltua viiden sigman rajaa.

Tai sitten signaali katoaa, ja kyseessä oli pelkkä tilastollinen poikkeama. Sekin on tiedettä. Joskus tuloksetonta tulosta tarvitaan.

Joka tapauksessa: on jotain kaunista tässä koko pyrkimyksessä. Istumme kilometrin syvyydessä, ympärillämme äärimmäisen puhdas nestexenon, etsien näkymätöntä ainetta joka muodostaa suurimman osan maailmankaikkeudesta. Kaikkeus on outo paikka, ja me jatkamme yritystämme ymmärtää sitä.

Onko LZ todella havainnut pimeää ainetta, jää nähtäväksi. Toistaiseksi meillä on yksi pieni, selittämätön signaali, joka pitää fyysikot ympäri maailmaa varpaillaan.

Pysy uteliaana. Kaikkeus piilottaa vielä monta yllätystä.