Un experiment caracterizat drept istoric” şi „distrugător de recorduri” ce a folosit un detector de particule amplasat la 1,6 km adâncime în Dakota de Sud, SUA, pentru a identifica particulele teoreticei materii întunecate, despre care se crede că reprezintă majoritatea covârşitoare a materiei din Univers, s-a încheiat fără a reuşi să identifice particule din acest tip de materie, transmite Live Science, transmite Agerpres.
Urmărește cele mai noi producții video TechRider.ro
- articolul continuă mai jos -
Folosind cea mai mare bază de date de acest fel din lume, experimentul denumit LUX-ZEPLIN (LZ) a restricţionat proprietăţile potenţiale ale uneia dintre principalele particule candidate pentru materia întunecată cu o acurateţe fără precedent. Studiul nu a identificat însă nicio dovadă cu privire la această misterioasă substanţă teoretică, dar va ajuta studiile viitoare să evite rezultatele fals pozitive.
O uriaşă piesă lipsă în ceea ce priveşte înţelegerea Universului
„Avem misiunea de a încerca să rezolvăm această problemă, această uriaşă piesă lipsă în ceea ce priveşte înţelegerea Universului”, a declarat pentru Live Science Rick Gaitskell, coordonatorul grupului de astrofizicieni de la Brown University şi membru al echipei de cercetare LZ.
Rezultatele, prezentate luni (8 decembrie) în cadrul unei conferinţe ştiinţifice desfăşurate la Sanford Underground Research Facility, locul unde se află amplasat detectorul de particule folosit în experiment, au fost trimise spre publicare în Physical Review Letters şi sunt disponibile deocamdată doar în arhiva preprint arXiv.
Obiectivele experimentului LZ
Echipa a avut două obiective declarate pentru acest experiment. Primul obiectiv a fost elucidarea proprietăţilor „aromei” de masă mică a particulelor de materie întunecată propuse, numite particule masive cu interacţiune slabă (WIMP). În fizica particulelor, „aroma” se referă la proprietatea fundamentală care distinge diferitele tipuri de particule elementare.
Cel de-al doilea obiectiv a fost testarea capacităţilor detectorului de a identifica neutrinii solari – particule subatomice aproape fără masă produse în reacţiile nucleare din interiorul Soarelui. Echipa a presupus că semnătura de detectare a acestor particule ar putea fi similară cu cea prezisă de anumite modele de materie întunecată, dar trebuia să identifice neutrinii solari pentru a şti cu siguranţă.
Înaintea experimentului, care s-a desfăşurat timp de 417 zile între martie 2023 şi aprilie 2025, sensibilitatea detectorului a fost mărită pentru a putea sesiza mai uşor interacţiunile rare dintre particulele fundamentale. O cameră cilindrică, umplută cu xenon lichid, a reprezentat mediul de desfăşurare a experimentului. Cercetătorii au căutat indicii ale coliziunilor dintre particulele WIMP sau neutrini cu xenonul – acestea producând flash-uri de fotoni şi electroni cu sarcină pozitivă.
Progrese în detectarea neutrinilor, dar nu și a materiei întunecate
Experimentul a reuşit însă să obţină unele progrese în ştiinţă privind atât particulele WIMP cât şi neutrinii. În ceea ce-i priveşte pe neutrini, cercetătorii susţin că au obţinut date care arată că un tip de neutrino solar, denumit boron-8, chiar interacţionează cu xenonul. Această informaţie va ajuta experimentele viitoare să evite detecţii fals pozitive ale materiei întunecate.
Descoperirile din fizică trebuie de obicei să atingă un nivel de încredere numit „5 sigma” pentru a fi considerate valide. Noul experiment a atins 4,5 sigma – o îmbunătăţire considerabilă faţă de rezultatele sub 3 sigma raportate de două detectoare anul trecut. Şi acest lucru a fost deosebit de remarcabil având în vedere că detecţiile de neutrini bor-8 au loc doar aproximativ o dată pe lună în detector, chiar şi atunci când se monitorizează 10 tone de xenon, conform lui Gaitskell.
Însă, în ceea ce priveşte chestiunea materiei întunecate, cercetătorii nu au găsit nimic definitiv pentru tipurile de WIMP-uri cu masă mică pe care le căutau. Conform cercetătorilor, echipa ar fi ştiut că a găsit ceva dacă ar fi surprins rezultatul interacţiunii dintre particulele WIMP şi o moleculă de xenon – atunci când se produce această interacţiune, energia coliziunii creează o semnătură distinctivă, aşa cum prevăd modelele.
„Dacă luăm un nucleu, este posibil ca materia întunecată să intre şi să se împrăştie simultan din întregul nucleu şi să-l facă să se retragă”, a explicat Gaitskell. „Este cunoscută sub numele de împrăştiere coerentă (coherent scattering). Are o semnătură particulară în xenon. Deci, căutăm acele reculuri nucleare coerente”, a explicat el.
Ce urmează: o nouă rundă de detecții în 2028
O altă rundă de detecţii, mai lungă, va începe în 2028, când se aşteaptă ca detectorul să colecteze rezultate pentru un număr record de 1.000 de zile. Rundele mai lungi oferă cercetătorilor o şansă mai bună de a surprinde evenimentele rare.
Detectorul va căuta nu doar mai mulţi neutrini solari sau interacţiuni WIMP, ci şi alte elemente fizice care s-ar putea încadra în Modelul Standard al fizicii particulelor, despre care se spune că descrie cea mai mare parte a mediului din jurul nostru.
De asemenea, Rick Gaitskell a subliniat că rolul ştiinţei este de a continua să avanseze chiar şi atunci când apar rezultate „negative”.
„Un lucru pe care l-am învvăţat este să nu presupunem niciodată că natura face lucrurile exact aşa cum credem noi că ar trebui”, a spus Gaitskell, care caută materia întunecată de peste patru decenii. „Există o mulţime de (soluţii) elegante despre care ai putea spune: E atât de frumos. Trebuie să fie adevărat. Şi le-am testat… şi s-a dovedit că natura le-a ignorat şi că natura nu a vrut să meargă pe acea cale anume”.
