Nowatorskie pomysły Polaków na znalezienie śladów ciemnej materii

8 marca 2019, 06:13
darkM
Ilustracja: NASA, ESA, and P. van Dokkum (Yale University)

Ciemnej materii nie trzeba szukać tu i teraz - jak to się dzieje np. w detektorach cząstek. Ślady oddziaływania ciemnej materii ze zwykłą materią mogą przetrwać w próbkach geologicznych nawet sprzed milionów lat. Trzeba tylko wiedzieć, jak ich szukać - sugerują badacze, wśród nich - Polak.

Astronomowie 80 lat temu policzyli gwiazdy w naszej galaktyce i coś im się nie zgadzało. I to sporo. Czyżby przed ich wzrokiem schowało się ponad 80 proc. gwiazd? Obliczenia oparte na oddziaływaniach grawitacyjnych widzialnej materii - tym, jak poruszają się gwiazdy i światło w kosmosie - pozwalało sądzić, że nasza galaktyka jest znacznie masywniejsza, niż to wynika z oszacowań liczby i masy gwiazd oraz planet. Dalsze obserwacje pokazały, iż to, czego brakuje w wyliczeniach - to nie jest materia, którą już znamy: kwarki, fotony, elektrony czy neutrina. To coś zupełnie innego. Nazwano to ciemną materią. Dziś wiadomo, że całkowita masa ciemnej materii jest ponad 5 razy większa, niż materii zwykłej.

Jedna z hipotez zakłada, że ciemna materia składa się z nieznanych nam cząstek – pozbawionych ładunku elektrycznego i bardzo słabo oddziałujących ze zwykłą materią.

Ale cóż nam po tym, że wiemy o istnieniu ciemnej materii, skoro nigdy nie wykryliśmy jej w doświadczeniu? Naukowcy szukają więc śladów ciemnej materii na wszelkie sposoby. Posługują się przy tym m.in. akceleratorami cząstek - liczą, że w zderzeniach rozpędzonych protonów powstaną, oprócz znanych do tej pory antyprotonów, mezonów i innych cząstek, nowe cząstki, które można by uznać za ciemną materię. Ciemnej materii wypatruje się też np. w podziemnych detektorach, na stacji krążącej po orbicie czy detektorze na Antarktydzie. Naukowcy mają nadzieję, że właśnie tam wychwycą kiedyś podróżujące przez kosmos cząstki słabo oddziałujące z materią. Ciemnej materii wypatrywać też można za pomocą superczułych zegarów wykrywających zaburzenia w czasoprzestrzeni. Eksperymenty trwają od dawna, ale ciemnej materii wciąż nie udało się zaobserwować. (Jedynym wyjątkiem jest włoski eksperyment DAMA/LIBRA, gdzie udało się zaobserwować zmianę liczby niskoenergetycznych oddziaływań w trakcie roku, ale jest jeszcze mnóstwo wątpliwości, a poza tym pojedynczy wynik nie jest dostatecznie przekonujący).

Tymczasem międzynarodowy zespół naukowców - pod kierunkiem Andrzeja Drukiera z Uniwersytetu Szokholmskiego - proponuje nowy, nieszablonowy sposób szukania ciemnej materii. Zamiast wypatrywać zachodzących "tu i teraz" zderzeń ciemnej materii z materią - wskazują oni, że ślady po takich wydarzeniach mogą być zapisane w materiale geologicznym. Okazuje się bowiem, że w strukturze kryształów - nawet sprzed setek milionów lat - przetrwać mogą ślady po gwałtownych zderzeniach cząstek. A może tam uda się znaleźć dowody na przejście ciemnej materii. Dwie publikacje na ten temat opublikowano ostatnio w Physical Review D.

Współautorem tych publikacji jest dr Maciej Górski z Narodowego Centrum Badań Jądrowych w Świerku. W rozmowie z PAP fizyk tłumaczy: "jeżeli dojdzie do oddziaływania elastycznego, cząstki ciemnej materii z jądrem atomu w minerale, takie jądro może zacząć się w minerale poruszać i uszkodzi strukturę krystaliczną". W ten sposób w strukturze kryształu - wewnątrz jego objętości - pozostanie defekt, który nie zniknie nawet i po miliardach lat. Takie tuneliki w kryształach byłyby wprawdzie maleńkie - rzędu ułamków mikrometrów - ale badacze zakładają, że da się je zaobserwować. Należy w tym celu pociąć minerał na cieniutkie warstewki i trawić je odpowiednimi czynnikami chemicznymi, które wyraźniej wskażą miejsce defektu.

Dr Górski tłumaczy, że ciemna materia to niejedyne źródło ewentualnych śladów w minerałach. Takie uszkodzenia w kryształach mogą powstawać za sprawą rozpadów radioaktywnych. Dr Górski tłumaczy, że dawniej do badania (np. rozpadu jąder uranu) używano detektorów z minerałem, jakim jest mika. Poza tym uszkodzenia w krysztale powodować będą neutrina dochodzące do Ziemi ze Słońca. "One też potrafią trącić jądro w krysztale i zaburzyć strukturę kryształu" - opowiada naukowiec.

Naukowcy jednak zakładają, że jeśli uda się im zebrać odpowiednio dużo danych, analiza statystyczna wskaże im, czy ciemna materia dała w minerałach o sobie znać. "Przewidywane częstości występowania torów o określonej długości zależą od tego, czy występują oddziaływania cząstek ciemnej materii" - mówi dr Górski.

Teraz naukowcy badają, jakie minerały będą najbardziej odpowiednie dla przeprowadzenia takich badań. Do badań trzeba bowiem będzie dobrać minerały o dokładnie zbadanym wieku i twardości oraz zawierające możliwie jak najmniej materiałów radioaktywnych.

Tym razem do badania ciemnej materii wyjątkowo przyda się pomoc geologów, i specjalistów od badań materiałowych.

Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl

Space24
Space24
KomentarzeLiczba komentarzy: 3
phd
poniedziałek, 11 marca 2019, 16:22

Ciemna materia i ciemna energia jest żałosną wydumką, która powstała po to aby dzisiaj obowiązujące teorie się zgadzały. Może lepiej poszukać właściwego rozumienia sił działających we wszechświecie?

Srogi Luśnia
niedziela, 10 marca 2019, 10:43

A po co od razu szukać? Wystarczy pojechać do Torunia...

kanalik
sobota, 9 marca 2019, 00:05

Nie bardzo rozumiem dlaczego rozważać poszukiwanie oddziaływań ciemnej materii sprzed miliardów lat? Ślady teraźniejszych oddziaływań powinny być łatwiejsze do identyfikacji, choćby z powodu braku zatarć czy ogólnie erozji? Chyba rzeczywiście nie wiemy czego chcemy szukać i jak.

Tweets Space24