De ce fizicienii caută materia întunecată la 2 kilometri sub pământ

Din câte pot spune astronomii care studiază Universul observabil, doar aproximativ 5% din acesta este alcătuit din materie. Restul, sau majoritatea covârșitoare a acestuia, este alcătuit din materie întunecată (aproximativ 27%) și energie întunecată (aproximativ 68%). Dar de ce fizicienii caută materia întunecată la 2 kilometri sub pământ?

Materia întunecată este o materie invizibilă care nu emite lumină proprie și care interacționează cu materia normală doar prin intermediul gravitației, ceea ce se poate observa în galaxii și roiuri de galaxii. Dar, având în vedere că se pare că există de cinci ori mai multă materie întunecată decât materie normală, oamenii de știință sunt, bineînțeles, în căutarea unor dovezi directe ale existenței sale.

O abordare pentru a o găsi, poate în mod contraintuitiv, având în vedere că materia întunecată explică ceea ce vedem în stele și galaxii, este de a merge în subteran.^[sursa]

Fizicienii caută materia întunecată la 2 kilometri sub pământ

Există mai multe instalații subterane în întreaga lume în care fizicienii caută semne ale particulelor masive cu interacțiune slabă (WIMP), printre alte lucruri, cum ar fi măsurarea impactului neutrinilor.

Neutrinii sunt particule subatomice care ne înconjoară în fiecare secundă, trecând direct prin noi fără să fie observați. Soarele îi creează, supernovele îi produc, chiar și bananele produc neutrini. Aceste particule sunt supranumite “particule fantomă”, deoarece nu au sarcină electrică și interacționează rar cu alte materii. 

Ideea este că WIMP-urile trebuie să treacă tot timpul prin Pământ în timp ce acesta se deplasează prin spațiu, așa că pentru a le detecta avem pur și simplu nevoie de detectoare suficient de sensibile pentru a capta aceste interacțiuni slabe.

„În [experimentul LUX-ZEPLIN de la Stanford], două rețele electrice masive aplică un câmp electric peste volumul de lichid, ceea ce împinge acești electroni eliberați la suprafața lichidului.”, a explicat Hugh Lippincott, profesor asociat de fizică la Universitatea din California, Santa Barbara.^[sursa]

„Atunci când pătrund la suprafață, ei sunt atrași în spațiul de deasupra lichidului, care este umplut cu gaz xenon, și sunt accelerați de un alt câmp electric pentru a crea un al doilea flash de lumină. Două rețele mari de senzori de lumină colectează aceste două flash-uri de lumină și, împreună, le permit cercetătorilor să reconstruiască poziția, energia și tipul de interacțiune care a avut loc.”, a mai spus profesorul Lippincott.

Aceste detectoare sunt impresionante și, chiar dacă nu descoperă efectiv ce este materia întunecată, ele pot ajuta la restrângerea ipotezelor a ceea ce nu este. Problema, însă, este că, dacă aceste detectoare complexe ar fi plasate la suprafață, ar detecta mult prea mult zgomot.

„Pe Pământ, însă, suntem în permanență înconjurați de niveluri scăzute și nepericuloase de radioactivitate provenind de la oligoelementele – în principal uraniu și toriu – din mediul înconjurător, precum și de razele cosmice din spațiu. Scopul vânătorii de materie întunecată este de a construi un detector cât mai sensibil posibil, astfel încât să poată vedea materia întunecată, și de a-l plasa într-un loc cât mai liniștit posibil, astfel încât semnalul materiei întunecate să poată fi văzut peste radioactivitatea de fond.”, a mai explicat profesorul Lippincott.

Din acest motiv, detectoarele de materie întunecată sunt plasate la adâncimi mari sub pământ. În Ontario, Canada, oamenii de știință trebuie să facă o călătorie zilnică de 2 kilometri sub pământ, apoi să meargă mai departe în interiorul unei mine în funcțiune pentru a ajunge la SNOLAB, unul dintre cele mai adânci laboratoare din lume.

Evenimentele înregistrate de experimentul LUX-ZEPLIN, aflat la mare adâncime sub Black Hills din Dakota de Sud, au fost în jur de cinci pe zi, mult mai puține decât trilioanele de evenimente pe care le-ar detecta la suprafață. Cu toate acestea, oamenii de știință au exclus materia întunecată ca fiind o cauză potențială pentru toate acestea. Dar, având în vedere că experimentele continuă să aibă loc, există speranța că ar putea fi găsite dovezi pentru toate lucrurile care lipsesc din Univers, adânc sub pământ.