Πώς πιάνετε ένα WIMP; Όχι, δεν μιλάω για εκφοβισμό του πιο αδύναμου παιδιού στην τάξη, μιλώ για αδύναμα αλληλεπιδρώντας Massive Particles (εκείνοι WIMPs). Αν και εξ ορισμού είναι «μαζικά», δεν αλληλεπιδρούν με την ηλεκτρομαγνητική δύναμη (μέσω φωτονίων), έτσι δεν μπορούν να «δει» και δεν αλληλεπιδρούν με την ισχυρή πυρηνική δύναμη, οπότε δεν μπορούν να «γίνουν αισθητές» από τους ατομικούς πυρήνες. Εάν δεν μπορούμε να εντοπίσουμε τα WIMP μέσω αυτών των δύο δυνάμεων, πώς μπορούμε να ελπίζουμε να τα εντοπίσουμε; Εξάλλου, τα WIMP θεωρούνται ότι πετούν μέσω της Γης χωρίς να χτυπήσουν τίποτα, είναι ότι αδύναμη αλληλεπίδραση. Αλλά μερικές φορές, μπορεί να συγκρούονται με ατομικούς πυρήνες, αλλά μόνο αν συγκρούονται με το κεφάλι. Αυτό είναι ένα πολύ σπάνιο περιστατικό, αλλά ο ανιχνευτής Large Underground Xenon (LUX) θα είναι θαμμένος 4.800 πόδια (1.463 μέτρα ή σχεδόν ένα μίλι) υπόγεια σε ένα παλιό χρυσωρυχείο της Νότιας Ντακότα και οι επιστήμονες είναι αισιόδοξοι ότι όταν ένας άτυχος WIMP προσκρούει σε ένα ξένον άτομο, θα αναληφθεί μια λάμψη φωτός, που σημαίνει το πρώτη πειραματική ένδειξη σκοτεινής ύλης…
Οι γαλαξίες που παρατηρούνται από τη Γη έχουν κάποιες παράξενες ιδιότητες. Το μεγαλύτερο πρόβλημα για τους κοσμολόγους ήταν να εξηγήσουν γιατί οι γαλαξίες (συμπεριλαμβανομένου του Γαλαξία) φαίνεται να έχουν μεγαλύτερη μάζα από ό, τι μπορεί να παρατηρηθεί μετρώντας τα αστέρια και λαμβάνοντας υπόψη μόνο τη διαστρική σκόνη. Στην πραγματικότητα, το 96% της μάζας του Σύμπαντος δεν μπορεί να παρατηρηθεί. 22% αυτής της μάζας που λείπει πιστεύεται ότι διατηρείται στη «σκοτεινή ύλη» (το 74% θεωρείται «σκοτεινή ενέργεια»). Η σκοτεινή ύλη είναι θεωρητική για πολλές μορφές. Massive Astronomical Compact Halo Objects (αστρονομικά σώματα που περιέχουν συνηθισμένο βαρυονικό υλικό που δεν μπορεί να παρατηρηθεί, όπως αστέρια νετρονίων ή ορφανές πλανήτες), τα νετρίνα και τα WIMPS πιστεύεται ότι συμβάλλουν σε αυτήν την ελλείπουσα μάζα. Πολλά πειράματα βρίσκονται σε εξέλιξη για την ανίχνευση κάθε συνεισφέροντος. Οι μαύρες τρύπες μπορούν να ανιχνευθούν έμμεσα παρατηρώντας τις αλληλεπιδράσεις στο κέντρο των γαλαξιών (ή τα φαινόμενα βαρυτικού φακού), τα νετρίνα μπορούν να ανιχνευθούν σε τεράστιες δεξαμενές υγρού που είναι θαμμένα βαθιά υπόγεια, αλλά πώς μπορούν να ανιχνευθούν τα WIMP; Φαίνεται ότι ένας ανιχνευτής WIMP πρέπει να βγάλει ένα φύλλο από τα βιβλία του ανιχνευτή νετρίνων - πρέπει να αρχίσει να σκάβει.
Για να αποφευχθούν παρεμβολές από ακτινοβολία όπως κοσμικές ακτίνες, οι ανιχνευτές χαμηλής ενέργειας όπως τα «τηλεσκόπια» των νετρίνων θάβονται πολύ κάτω από την επιφάνεια της Γης. Οι παλιοί άξονες ορυχείων καθιστούν ιδανικούς υποψήφιους, καθώς η τρύπα είναι ήδη εκεί για την οργάνωση. Οι ανιχνευτές νετρίνου είναι τεράστια δοχεία νερού (ή κάποιος άλλος παράγοντας) με πολύ ευαίσθητους ανιχνευτές τοποθετημένους γύρω από το εξωτερικό. Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι ο ανιχνευτής νετρίνων Super Kamiokande στην Ιαπωνία που περιέχει μια τεράστια ποσότητα υπερκαθαρισμένου νερού, βάρους 50.000 τόνων (απεικονίζεται αριστερά). Καθώς ένα νετρίνο που αλληλεπιδρά ασθενώς χτυπά ένα μόριο νερού στη δεξαμενή, εκπέμπεται ένα φλας ακτινοβολίας Cherenkov και ανιχνεύεται ένα νετρίνο. Αυτή είναι η βασική αρχή πίσω από τον νέο ανιχνευτή Large Underground Xenon (LUX) που θα χρησιμοποιεί 600 λίβρες (272 kg) υγρού ξένου σε αναστολή σε δεξαμενή καθαρού νερού ύψους 25 ποδιών. Εάν τα WIMP υπάρχουν πέρα από τα βασικά της θεωρίας, ελπίζουμε ότι αυτά τα αδύναμα αλληλεπιδρώντα ογκώδη σωματίδια θα συγκρουστούν με ένα άτομο ξένου, και όπως τα ελαφριά ξαδέλφια τους, θα εκπέμψουν μια λάμψη φωτός.
Οι Robert Svoboda και Mani Tripathi, καθηγητές του UC Davis, έχουν εξασφαλίσει 1,2 εκατομμύρια δολάρια στο Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών (NSF) και στο Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ για τη χρηματοδότηση του έργου (αυτό είναι το 50% του συνολικού απαιτούμενου). Σε σύγκριση με το Large Hadron Collider (LHC) που κοστίζει δισεκατομμύρια ευρώ για την κατασκευή, το LUX είναι ένα πολύ οικονομικό έργο, λαμβάνοντας υπόψη το εύρος του τι μπορεί να ανακαλύψει. Εάν υπάρχουν πειραματικές ενδείξεις αλληλεπίδρασης WIMP, οι συνέπειες θα είναι τεράστιες. Θα μπορέσουμε να αρχίσουμε να κατανοούμε την προέλευση των WIMP και την κατανομή τους καθώς η Γη σαρώνει το πιθανό φωτοστέφανο της σκοτεινής ύλης που παρατηρείται έμμεσα ότι υπάρχει στον Γαλαξία μας.
Ανίχνευση σκοτεινής ύλης "θα ήταν η μεγαλύτερη συμφωνία από την εξεύρεση αντιύλης στη δεκαετία του 1930.- - Καθηγητής Μάνη Τρυπάθη, συν-ερευνητής LUX, UC Davis.
Το ορυχείο χρυσού στη Νότια Ντακότα έκλεισε το 2000 και το 2004 οι εργασίες άρχισαν να αναπτύσσουν την περιοχή σε υπόγειο εργαστήριο. Το LUX θα είναι το πρώτο μεγάλο πείραμα που θα φιλοξενηθεί εκεί. Ελπίζουμε ότι η εγκατάσταση θα ξεκινήσει στα τέλη του καλοκαιριού, αφού αντληθεί νερό από το ορυχείο.
Πρωτότυπη πηγή: UC Davis News
