Δεν εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και κανείς δεν ξέρει πραγματικά τι είναι, αλλά αυτό δεν εμπόδισε μια ομάδα Ευρωπαίων ερευνητών να αναπτύξουν μια συσκευή την οποία οι επιστήμονες θα χρησιμοποιήσουν για να ανιχνεύσουν και να προσδιορίσουν τη φύση της σκοτεινής ύλης που αποτελεί 1 / 4 της μάζας του σύμπαντος μας.
Οι ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Σαραγόσα (UNIZAR) και το Institut d'Astrophysique Spatiale (IAS, στη Γαλλία), υπέβαλαν παραδοχές σχετικά με τη φύση της σκοτεινής ύλης βάσει θεωρητικών μελετών και ανέπτυξαν μια συσκευή που ονομάζεται "σπινθηριστικό μπολόμετρο" για την ανίχνευση του αποτελέσματος αλληλεπίδρασης σκοτεινής ύλης με υλικό μέσα στον ανιχνευτή.
«Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στη Φυσική σήμερα είναι η ανακάλυψη της πραγματικής φύσης της σκοτεινής ύλης, η οποία δεν μπορεί να παρατηρηθεί άμεσα - παρόλο που φαίνεται να αποτελεί το ένα τέταρτο της ύλης του Σύμπαντος. Πρέπει λοιπόν να προσπαθήσουμε να το εντοπίσουμε χρησιμοποιώντας πρωτότυπα όπως αυτό που έχουμε αναπτύξει », λέει ο Eduardo García Abancéns, ερευνητής από το Εργαστήριο Πυρηνικής Φυσικής και Αστροσωματιδίων της UNIZAR, στο SINC.
Ο García Abancéns είναι ένας από τους επιστήμονες που εργάζονται στο έργο ROSEBUD (ένα αρκτικόλεξο για τα σπάνια αντικείμενα SEarch με Bolometers UndergrounD), μια διεθνή συνεργατική πρωτοβουλία μεταξύ του Institut d'Astrophysique Spatiale (CNRS-University of Paris-South, στη Γαλλία) και του Πανεπιστημίου της Σαραγόσα, η οποία επικεντρώνεται στο κυνήγι της σκοτεινής ύλης στον Γαλαξία μας.
Οι επιστήμονες εργάζονται για την τελευταία δεκαετία σε αυτήν την αποστολή στο Canfranc Underground Laboratory, στην Huesca, όπου έχουν αναπτύξει διάφορους κρυογονικούς ανιχνευτές (που λειτουργούν σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν:? 273,15 ° C). Το τελευταίο είναι ένα "σπινθηριστικό βολόμετρο", μια συσκευή 46 γραμμαρίων που, στην περίπτωση αυτή, περιέχει έναν κρυστάλλινο "σπινθηριστή", αποτελούμενο από βισμούθιο, βλαστάριο και οξυγόνο (BGO: Bi4Ge3O12), το οποίο δρα ως ανιχνευτής σκοτεινής ύλης.
Φυσικά, για να χτίσουν κάθε τύπο ανιχνευτή σκοτεινής ύλης, οι ερευνητές έπρεπε να κάνουν κάποιες υποθέσεις σχετικά με τη φύση της ίδιας της σκοτεινής ύλης. Η τεχνική ανίχνευσης που αναπτύχθηκε από τους ερευνητές βασίζεται σε μια σειρά θεωρητικών μελετών που δείχνουν τα σωματίδια που ονομάζονται WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) ως το κύριο συστατικό της σκοτεινής ύλης.
«Αυτή η τεχνική ανίχνευσης βασίζεται στην ταυτόχρονη μέτρηση του φωτός και της θερμότητας που παράγεται από την αλληλεπίδραση μεταξύ του ανιχνευτή και των υποθετικών WIMP που, σύμφωνα με διάφορα θεωρητικά μοντέλα, εξηγούν την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης», εξηγεί ο García Abancéns.
Ο ερευνητής εξηγεί ότι η διαφορά στο σπινθηρισμό των διαφόρων σωματιδίων επιτρέπει σε αυτήν τη μέθοδο να διαφοροποιηθεί μεταξύ των σημάτων που θα παράγουν τα WIMP και άλλων που παράγονται από διάφορα στοιχεία ακτινοβολίας υποβάθρου (όπως σωματίδια άλφα, βήτα ή γάμμα).
Προκειμένου να μετρηθεί η ελάχιστη ποσότητα θερμότητας που παράγεται, ο ανιχνευτής πρέπει να ψύχεται σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν και έχει εγκατασταθεί μια κρυογονική εγκατάσταση, ενισχυμένη με τούβλα μολύβδου και πολυαιθυλενίου και προστατευμένη από την κοσμική ακτινοβολία καθώς στεγάζεται κάτω από το βουνό Tobazo. στο υπόγειο εργαστήριο Canfranc.
«Το νέο σπινθηριστικό βολόμετρο έχει αποδώσει άριστα, αποδεικνύοντας τη βιωσιμότητά του ως ανιχνευτή σε πειράματα για την αναζήτηση σκοτεινής ύλης, καθώς και ως γ-φασματόμετρο (μια συσκευή που μετρά αυτόν τον τύπο ακτινοβολίας) για την παρακολούθηση της ακτινοβολίας υποβάθρου σε αυτά τα πειράματα», λέει ο García. Abancéns.
Το σπινθηριστικό βολόμετρο βρίσκεται επί του παρόντος στο Orsay University Center στη Γαλλία, όπου η ομάδα εργάζεται για τη βελτιστοποίηση της συλλογής φωτός της συσκευής και πραγματοποιεί δοκιμές με άλλους κρυστάλλους BGO.
Αυτή η μελέτη, που δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο περιοδικό Optical Materials, αποτελεί μέρος του ευρωπαϊκού έργου EURECA (European Underground Rare Event Calorimeter Array). Αυτή η πρωτοβουλία, στην οποία συμμετέχουν 16 ευρωπαϊκά ιδρύματα (συμπεριλαμβανομένου του Πανεπιστημίου της Σαραγόσα και του IAS), στοχεύει στην κατασκευή ενός κρυογονικού ανιχνευτή ενός τόνου και θα το χρησιμοποιήσει την επόμενη δεκαετία για να κυνηγήσει τη σκοτεινή ύλη του Σύμπαντος.
Πηγή: FECYT (Ισπανία)
