XENON1T-detektoren, den største søgning efter "tung" mørk stof, udelukkede eksistensen af lette former for mørk stof og "famlede" de første tip om eksistensen af uventet tunge partikler af dette mystiske stof, sagde projektdeltagere på en pressekonference i det italienske laboratorium i Gran Sasso.
”Indtil videre kan kun én ting siges - denne forbandede partikel gemmer sig stadig for os. På den ene side fandt vi ikke spor af dens eksistens i masseområdet op til 200 GeV. På den anden side udelukker vores modeller ikke eksistensen af tungere WIMP'er. Vi har endda antydninger til dette i dataene, selvom deres statistiske betydning er lille - kun en sigma, og jeg vil gerne tro, at dette ikke er en ulykke,”sagde Elena Aprile, en officiel repræsentant for XENON1T-samarbejdet.
Verden bag en mørk skærm
I lang tid troede forskere, at universet består af det stof, vi ser, og som danner grundlaget for alle stjerner, sorte huller, tåge, støvklynger og planeter. Men de første observationer af hastigheden for bevægelse af stjerner i nærliggende galakser viste, at stjernerne i deres udkant bevæger sig i dem med en umulig høj hastighed, som var omkring 10 gange højere end beregningerne baseret på masserne af alle stjernerne i dem viste.
Årsagen til dette var ifølge videnskabsfolk i dag den såkaldte mørke stof - et mystisk stof, der tegner sig for omkring 75% af massen af stof i universet. Typisk har hver galakse omkring 8-10 gange mere mørkt stof end dets synlige fætter, og denne mørke stof holder stjernerne på plads og forhindrer dem i at sprede sig.
I dag er næsten alle videnskabsmænd overbeviste om eksistensen af mørkt stof, men dets egenskaber udover dets åbenlyse gravitationspåvirkning på galakser og galaksehlynger forbliver et mysterium og genstand for kontrovers blandt astrofysikere og kosmologer. I lang tid har videnskabsmænd antaget, at det er sammensat af superheavy og "kolde" partikler - "wimps", der ikke manifesterer sig på nogen måde, undtagen at tiltrække synlige klynger af stof.
Forskere forsøger at finde sådanne partikler i dag ved hjælp af kæmpe underjordiske detektorer fyldt med absolut ren xenon. Kernerne i ædelgasatomerne, som tidligere antaget af videnskabsmænd, måtte interagere med "WIMP'erne" på en speciel måde, som kunne detekteres ved at observere lysglimt inde i den flydende xenon.
Salgsfremmende video:
I løbet af de sidste to årtier har forskere skabt omkring et dusin sådanne detektorer med stigende volumen og masse, hvoraf ingen har været i stand til at registrere spor af xenon-WIMP-interaktioner. Særlige forhåbninger blev fastholdt på XENON1T-projektet - en detektor, der blev bygget i det italienske laboratorium i Gran Sasso i 2014 og indeholdt en rekord 3,5 ton xenon, hvilket er ca. 10 gange massen af alle sine konkurrenter.
Nøglen til universet
De første resultater, der blev præsenteret af XENON1T-teamet i november sidste år, viste sig igen at være "nul" - et team på mere end hundrede fysikere fra 21 lande i verden kunne ikke finde nogen markante spor af eksistensen af "WIMP'er" i en meget bred vifte af masser og energier.
Aprile og hendes kolleger præsenterede i dag resultaterne af en analyse af det fulde datasæt, som i vid udstrækning bekræftede deres foreløbige fund, med et par mindre undtagelser. Som forskerne bemærker, formåede de at udelukke muligheden for eksistens af lette "WIMP'er" med masser fra 6 til 30 GeV og næsten nul chancerne for at detektere partikler med en masse på op til 200 GeV.
På den anden side modsiger de data, de har indsamlet, ikke og antyder ifølge Aprile selv, at partikler med mørkt stof faktisk har en meget højere masse, end fysikere tidligere antog.
”Vores opgave nu er meget enkel - vi skal bare fortsætte med at observere og samtidig sænke støjniveauet og øge følsomheden. Som det forekommer mig, vil vi enten være i stand til at gå ind i "VIMPs" efter den næste opdatering af detektorerne, eller vi vil endelig lukke spørgsmålet om deres eksistens,”fortsætter fysikeren.
Ifølge hende samler XENON1T-deltagerne allerede en ny version af detektoren, hvor massen af xenon øges til fire ton, og interferensniveauet reduceres med mindst 10 gange. Dens installation vil være afsluttet i år, og den vil modtage de første videnskabelige data i midten af 2019.
