I en forladt guldmine, der ligger en kilometer fra Leed, arbejder South Dakota, ingeniører og fysikere ved University of Wisconsin-Madison på et kammer, der indeholder 10 tons flydende xenon. De håber, at i en underjordisk mine, hvor det eksperimentelle rum vil blive beskyttet mod solpartikler og kosmisk stråling, vil de være i stand til at opdage mørkt stof for første gang.
Vi har allerede offentliggjort en detaljeret analyse af, hvad mystisk mørkt stof kan være set fra den moderne fysiks synspunkt. Den oprindelige hypotese dukkede tilbage i 1930'erne, da astronomer indså, at galaksen mangler tyngdekraften for kun at opretholde sin struktur på grund af dens synlige kilder - stjerner, planeter, sorte huller osv. Direkte selve det mørke stof før indtil videre har det ikke været muligt at detektere, dets eksistens blev kun udledt ved hjælp af gravitationelle matematiske modeller. Imidlertid mener astronomer, at der faktisk kan være fem gange mere mørkt stof i universet end synligt stof. UW-Madison-holdet har besluttet at afslutte denne usikkerhed.
South Dakota guldmineforsøg kaldes LUX-ZEPLIN eller kort sagt LZ. Det er en udvidet version af det tidligere Large Underground Xenon (LUX) eksperiment og ZEPLIN mørk stof-programmet. Ideen er at detektere en mørk stofpartikel, når den interagerer med et xenonatom, hvilket forårsager en kædereaktion i kammeret, der til sidst vil skubbe ultraviolet lys ud og frigive en spærring af elektroner. Umiddelbart efter at den flydende xenon er antændt, vil xenongassen i kammeret over den reagere ved at udsende elektroner og udsende en anden lysere lyspuls. Fysikere, der arbejder på projektet, beskriver det som en "klokke", der ringer, når de udsættes for en partikel af mørkt stof.
”Mørke stofpartikler kan være lige her i rummet, passere gennem dit hoved og muligvis lejlighedsvis kollidere med nogle atomer,” sagde Duncan Carlsmith, professor i fysik ved UW-Madison, i en pressemeddelelse.
Skematisk gengivelse af LUX-ZEPLIN underjordiske laboratorium
Tidligere på måneden godkendte Department of Energy de sidste faser af LZ-konstruktionen ved en guldmine, der officielt blev opkaldt Sanford Underground Research Center. I mellemtiden arbejder forskere med en mindre prototype-enhed for at sikre, at når den "store" LZ lanceres i 2020, vil den ikke være modtagelig for interferens.
For at sikre, at intet andet end mørkt stof interagerer med flydende xenon, bygger teamet to eksterne kamre designet til at detektere og fjerne forurenende partikler. Kammeret fyldes med 10 tons flydende xenon og over 500 fotomultiplikatorer - vakuumrør, som er ultrafølsomme lysdetektorer og overvåger LZ. Hvis noget andet end mørkt stof bryder resten af xenonet, skal detektorerne vise, at dette er en falsk alarm.
Salgsfremmende video:
Så snart installationen i den underjordiske mine er klar, og eksperimentet er lanceret, er det bare at vente. Fysikere vil lede efter svagt interagerende massive partikler eller WIMP'er, som er de hypotetiske byggesten i mørkt stof. Det antages, at WIMP'er for det meste passerer almindeligt stof uden spor, men de kan lejlighedsvis kollidere med almindelige partikler.
LUX-ZEPLIN-projektdeltagerne har samlet en miniaturekopi af den fremtidige installation. Før du gennemfører et globalt eksperiment, skal du teste det på en mindre og dyrere model.
LZ forbliver tændt i mindst fem år, men alle håber, at det vil være i stand til at opdage WIMP'er for første gang eller på anden måde udelukke dem som et æterisk stof, der udgør mørkt stof. Andre eksperimenter på Wisconsin's IceCube Center for Particle Astrophysics samt projekter i Italien og Kina udfører deres egne eksperimenter for at finde direkte bevis for eksistensen af mørkt stof. UW-Madison-fysikere bruger også Large Hadron Collider i et forsøg på at opdage mørkt stof, som dannes, når højenergipartikler kolliderer. Løbet mellem opdagerne af mørkt stof er i fuld gang!
Hvis vi kan finde og måle dette stof, får vi en større forståelse af, hvordan universet fungerer end nogensinde før. Det er muligt, at mørkt stof udgør mere end 25 procent af hele kosmos, og når vi først opdager materialets specifikke egenskaber, kan det afsløre hemmeligheder, der længe har været skjult for os.