Ποιο καλύτερο μέρος για να αναζητήσετε σκοτεινή ύλη από το ναρκοπέδιο; Μια ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο της Φλόριντα έχει περάσει εννέα χρόνια παρακολούθησης για τυχόν σημάδια της αόριστης χρήσης χρησιμοποιώντας ανιχνευτές γερμανίου και πυριτίου που κρυώθηκαν σε ένα κλάσμα ενός βαθμού πάνω από το απόλυτο μηδέν. Και το αποτέλεσμα; Μερικά maybes και μια σκληρή αποφασιστικότητα να συνεχίσουν να ψάχνουν.
Η περίπτωση της σκοτεινής ύλης μπορεί να εκτιμηθεί λαμβάνοντας υπόψη το ηλιακό σύστημα όπου, για να παραμείνει σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο, ο Ερμής πρέπει να μετακινηθεί στα 48 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο, ενώ ο μακρινός Ποσειδώνας μπορεί να κινηθεί με άνεση 5 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο. Παραδόξως, αυτή η αρχή δεν ισχύει στον Γαλαξία μας ή σε άλλους γαλαξίες που έχουμε παρατηρήσει. Σε γενικές γραμμές, μπορείτε να βρείτε πράγματα στα εξωτερικά μέρη ενός σπειροειδούς γαλαξία που κινείται τόσο γρήγορα όσο τα πράγματα που βρίσκονται κοντά στο γαλαξιακό κέντρο. Αυτό προκαλεί αινιγματισμό, ειδικά επειδή δεν φαίνεται να υπάρχει αρκετή βαρύτητα στο σύστημα για να συγκρατεί τα γρήγορα τροχιά στα εξωτερικά μέρη - τα οποία θα πρέπει να πετούν στο διάστημα.
Επομένως, χρειαζόμαστε περισσότερη βαρύτητα για να εξηγήσουμε πώς οι γαλαξίες περιστρέφονται και παραμένουν μαζί - πράγμα που σημαίνει ότι χρειαζόμαστε περισσότερη μάζα από ό, τι μπορούμε να παρατηρήσουμε - και αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο επικαλείται τη σκοτεινή ύλη. Η επίκληση της σκοτεινής ύλης βοηθά επίσης να εξηγήσει γιατί τα σμήνη γαλαξιών παραμένουν μαζί και εξηγεί τα φαινόμενα βαρυτικών φακών μεγάλης κλίμακας, όπως μπορεί να δει κανείς στο Bullet Cluster (εικόνα παραπάνω).
Η μοντελοποίηση υπολογιστών υποδηλώνει ότι οι γαλαξίες μπορεί να έχουν φωτοστέφανα σκοτεινής ύλης, αλλά έχουν επίσης σκοτεινή ύλη κατανεμημένη σε ολόκληρη τη δομή τους - και μαζί, όλη αυτή η σκοτεινή ύλη αντιπροσωπεύει έως και το 90% της συνολικής μάζας ενός γαλαξία.
Η τρέχουσα σκέψη είναι ότι ένα μικρό συστατικό της σκοτεινής ύλης είναι βαρυονικό, που σημαίνει πράγματα που αποτελούνται από πρωτόνια και νετρόνια - με τη μορφή ψυχρού αερίου, καθώς και πυκνά, μη ακτινοβολούμενα αντικείμενα όπως μαύρες τρύπες, αστέρια νετρονίων, καφέ νάνοι και ορφανές πλανήτες (παραδοσιακά γνωστό ως Massive Astrophysical Compact Halo Objects - ή MACHOs).
Αλλά δεν φαίνεται ότι υπάρχει σχεδόν αρκετή σκοτεινή βαρυονική ύλη για να ληφθούν υπόψη οι περιστασιακές επιπτώσεις της σκοτεινής ύλης. Εξ ου και το συμπέρασμα ότι η περισσότερη σκοτεινή ύλη πρέπει να είναι μη βαρυονική, με τη μορφή μαζικών σωματιδίων που αλληλεπιδρούν αδύναμα (ή WIMPs).
Συμπερασματικά, το WIMPS είναι διαφανές και μη ανακλαστικό σε όλα τα μήκη κύματος και πιθανώς δεν φέρει φόρτιση. Τα νετρίνα, τα οποία παράγονται σε αφθονία από τις αντιδράσεις σύντηξης των αστεριών, θα ταίριαζαν ωραία εκτός εάν δεν έχουν αρκετή μάζα. Ο πλέον ευνοημένος υποψήφιος του WIMP είναι ένα ουδέτερο, ένα υποθετικό σωματίδιο που προβλέπει η θεωρία της υπερσυμμετρίας.
Το δεύτερο πείραμα Cryogenic Dark Matter Search (ή CDMS II) τρέχει βαθιά υπόγεια στο ορυχείο σιδήρου Soudan στη Μινεσότα, που βρίσκεται εκεί, οπότε θα πρέπει να αναχαιτίζει μόνο σωματίδια που μπορούν να διεισδύσουν σε αυτό βαθιά υπόγεια. Οι ανιχνευτές στερεών κρυστάλλων CDMS II αναζητούν συμβάντα ιονισμού και φωνών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διάκριση μεταξύ αλληλεπιδράσεων ηλεκτρονίων - και πυρηνικών αλληλεπιδράσεων. Υποτίθεται ότι ένα σωματίδιο WIMP σκοτεινής ύλης θα αγνοήσει τα ηλεκτρόνια, αλλά πιθανώς αλληλεπιδρά με (δηλαδή αναπήδηση) ενός πυρήνα.
Δύο πιθανά γεγονότα έχουν αναφερθεί από την ομάδα του Πανεπιστημίου της Φλόριντα, η οποία αναγνωρίζει ότι τα ευρήματά τους δεν μπορούν να θεωρηθούν στατιστικά σημαντικά, αλλά μπορεί τουλάχιστον να δώσουν κάποιο πεδίο και κατεύθυνση για περαιτέρω έρευνα.
Υποδεικνύοντας πόσο δύσκολο να ανιχνευθεί άμεσα (δηλαδή πόσο «σκοτεινό») είναι πραγματικά τα WIMPs - τα ευρήματα του CDMS II δείχνουν ότι η ευαισθησία των ανιχνευτών πρέπει να χτυπήσει μια εγκοπή.
