April 21, 2024

Ένα τεράστιο υπόγειο εργαστήριο στην Κίνα συμμετέχει στην αναζήτηση της σκοτεινής ύλης

    Ένα απαλό πράσινο δάπεδο αντανακλά τα φώτα φθορισμού που λάμπουν σε ράφια καλυμμένα με πλαστικό κάτω από μια σειρά αεραγωγών.

Ένα απαλό πράσινο δάπεδο αντανακλά τα φώτα φθορισμού που λάμπουν σε ράφια καλυμμένα με πλαστικό κάτω από μια σειρά αεραγωγών.

Η σκοτεινή ύλη, μια αόρατη ουσία που κατά κάποιο τρόπο αποτελεί περισσότερο από το 80 τοις εκατό της συνολικής ύλης στο σύμπαν, είναι ένα φαινόμενο που διαφεύγει απογοητευτικά τους επιστήμονες. Παρά το γεγονός ότι αναζητήθηκε για δεκαετίες και μας παρείχε ενδείξεις ότι όντως υπάρχει, η σκοτεινή ύλη δεν ανιχνεύτηκε ποτέ άμεσα.

Αλλά τώρα, το China Jinping Underground Laboratory (CJPL), στέφθηκε η μεγαλύτερη και βαθύτερη υπόγεια εγκατάσταση στον κόσμο μετά την αναβαθμισμένη φάση του, CJPL-II, υπόσχεται να πάει τους επιστήμονες ένα βήμα παραπέρα. Λειτούργησε στις αρχές Δεκεμβρίου του περασμένου έτους.

Χτισμένο μέσα σε επανασχεδιασμένες σήραγγες που διασχίζουν τα βουνά Jinping στην επαρχία Σιτσουάν της Κίνας, το εργαστήριο είναι θαμμένο κάτω από 2.400 μέτρα (1,49 μίλια) βράχου. Ο λόγος για τη βαθιά, μοναχική του θέση είναι ότι τόσο πολύ βράχος μπορεί να μειώσει τον θόρυβο φόντου που βρίσκεται στα δεδομένα της σκοτεινής ύλης, που συνήθως προκαλείται από πράγματα όπως κοσμικές ακτίνες (άλλα χώρος μυστήριο για άλλη φορά.)

Σχετίζεται με: Ποιο μέρος του σύμπαντος είναι η σκοτεινή ύλη;

Σε έκταση 330.000 κυβικών μέτρων, η τεράστια νέα εγκατάσταση φιλοξενεί δύο βελτιωμένους ανιχνευτές σκοτεινής ύλης. Το εργαστήριο έχει επίσης εξαιρετική οριζόντια πρόσβαση. «Μπορείτε να οδηγήσετε ένα λεωφορείο μέχρι τις σπηλιές», είπε. φιτίλι Χάξτονκαθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ, ο οποίος επισκέφτηκε το CJPL-II και το αρχικό εργαστήριο και ήταν στη συμβουλευτική επιτροπή του εργαστηρίου μέχρι πέρυσι.

Αυτή η εντυπωσιακή πτυχή «καθιστά την κατασκευή μεγάλων υπόγειων εγκαταστάσεων λιγότερο δαπανηρή και πιο αποτελεσματική», είπε ο Χάξτον. «Δεν νομίζω ότι υπάρχει άλλο μέρος που να συνδυάζει τόσο βάθος με τέτοια πρόσβαση».

Ανίχνευση του αόρατου

Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι το περιεχόμενο της σκοτεινής ύλης που διαπερνά το σύμπαν μας δεν βιώνει πολλές από τις αλληλεπιδράσεις που έχουν τα φορτισμένα σωματίδια, όπως π.χ. πρωτόνια και ηλεκτρόνια, που σημαίνει ότι τα σωματίδια που πιστεύεται ότι αποτελούν τη μυστηριώδη ουσία θα μπορούσαν κάλλιστα να γλιστρήσουν μέσα από αυτήν. ΓηΚινούνται και περνούν μέσα από ανιχνευτές που βρίσκονται ακόμη και κάτω από την επιφάνεια στο εργαστήριο Jinping της Κίνας.

Άλλωστε, βασικό χαρακτηριστικό της σκοτεινής ύλης είναι το γεγονός ότι δεν αλληλεπιδρά με το φως, σε αντίθεση με την «κανονική» ή τη βαρυονική ύλη, που αποτελείται από πρωτόνια και ηλεκτρόνια. Στην πραγματικότητα, γι’ αυτό είναι εντελώς αόρατο για εμάς.

Ωστόσο, στο εργαστήριο, οι επιστήμονες ελπίζουν ότι πιθανά σωματίδια σκοτεινής ύλης θα συγκρουστούν με το υλικό των ανιχνευτών που έχουν σχεδιαστεί για να ανιχνεύουν αυτά τα άπιαστα σωματίδια. Στο Jinping, αυτή η αναζήτηση καθοδηγείται από δύο πειράματα σκοτεινής ύλης, που ονομάζονται Πειράματα Αστροφυσικών Σωματιδίων και Xenon (PandaX) και China Dark Matter Experiment (CDEX).

Πιθανή σύγκρουση σωματιδίων σκοτεινής ύλης άτομα Η ποσότητα του υγρού ξένον που διατηρεί ο ανιχνευτής PandaX θα σηματοδοτηθεί από τους αισθητήρες ως λάμψεις φωτός. Εν τω μεταξύ, ο υψηλότερης ευαισθησίας ανιχνευτής γερμανίου της CDEX θα χαρακτηρίσει αυτά τα μυστηριώδη σωματίδια ως ηλεκτρικά σήματα. Η ιδέα είναι ότι ακόμα κι αν σχεδόν όλα τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης περάσουν από τους ανιχνευτές, τουλάχιστον ένα θα έρθει κατά λάθος σε επαφή με οποιονδήποτε από αυτούς.

Συγκεκριμένα, οι ανιχνευτές αναζητούν έναν κορυφαίο υποψήφιο για τη σκοτεινή ύλη που ονομάζεται ΑΔΥΝΑΜΟΣ (συντομογραφία για ασθενώς αλληλεπιδρώντα μαζικά σωματίδια), μια υποθετική κατηγορία σωματιδίων που προβλεπόταν πριν από περισσότερες από τρεις δεκαετίες απέφυγε τα πιο ευαίσθητα πειράματα μέχρι τώρα. Η παρουσία του, γνωστή μόνο μέσω της αδύναμης πυρηνικής δύναμης και βαρύτηταΕίναι μέσα στην κατανόηση του πώς σκεφτόμαστε το σύμπαν εξελίχθηκε. Το 2021, ωστόσο, οι πιο ευαίσθητοι ανιχνευτές WIMP στον κόσμο στο Εθνικό Εργαστήριο Gran Sasso στην Ιταλία και στο Jinping ανέφερε μηδενικό εύρημα.

Μια άλλη σημαντική εναλλακτική λύση για το σωματίδιο της σκοτεινής ύλης είναι τα αξιόνια, επίσης μια κατηγορία υποθετικών σωματιδίων που πιστεύεται ότι πλημμυρίζουν το σύμπαν και συμπεριφέρονται ακριβώς όπως η σκοτεινή ύλη. Άλλες εξωτικές ερμηνείες παραμένουν, όπως η δημοφιλής αλλά μη επιβεβαιωμένη θεωρία ότι τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης κατά κάποιο τρόπο αλληλεπιδρούν μεταξύ τους (αυτοαλληλεπιδρώντας σκοτεινή ύλη ή SIDM).

Σχετικές ιστορίες:

— Η σκοτεινή ύλη μπορεί να κρύβεται στους πίδακες σωματιδίων του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων

— Η θεωρία της «σκοτεινής δύναμης» θα μπορούσε να λύσει 2 ανοιχτά κοσμικά μυστήρια

—Ακόμα δεν ξέρουμε τι είναι η σκοτεινή ύλη, αλλά αυτό δεν είναι

Οι ειδικοί της σκοτεινής ύλης λένε ότι το αναβαθμισμένο εργαστήριο Jinping θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει στην απάντηση πιο θεμελιωδών ερωτημάτων, όπως εάν τα «σωματίδια» αποτελούν πραγματικά σκοτεινή ύλη. Μια κοινά αποδεκτή έννοια είναι ότι σκοτεινή ύλη Αποτελείται κυρίως από υποατομικά σωματίδια που δεν έχουν ακόμη ανιχνευθεί (ή μια ομάδα από αυτά). αλλά εναλλακτική Δημοφιλείς (αλλά ατελείς) θεωρίες της βαρύτητας. που δεν απαιτούν τη σκοτεινή ύλη να αποτελείται από σωματίδια επιμένουν.

«Σε βασικό επίπεδο, δεν γνωρίζουμε γιατί δεν έχουμε εντοπίσει ποτέ αλληλεπίδραση μεταξύ σωματιδίων», είπε. Μάθιου Γουόκερ, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon στο Πίτσμπουργκ της Πενσυλβάνια. Ανεξάρτητα από το πόσο φιλόδοξος είναι ο στόχος, η ανίχνευση ενός σωματιδίου σκοτεινής ύλης θα έλυνε το πρόβλημα μια για πάντα. «Για μένα, αυτό είναι το πιο σημαντικό πράγμα που θα μπορούσε να κάνει αυτό το πείραμα».

«Τους υποστηρίζω», πρόσθεσε. «Περιμέναμε πολύ καιρό χρόνος μάθετε τι είναι η σκοτεινή ύλη».

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *