Kako uhvatite WIMP? Ne, ne govorim o maltretiranju najslabijeg djeteta u klasi, govorim o slabo interaktivnim masivnim česticama (oni Wimps). Iako su po definiciji „masivni“, oni ne stupaju u interakciju s elektromagnetskom silom (preko fotona), pa ih se ne može „vidjeti“ i ne djeluju s jakom nuklearnom silom, tako da ih atomska jezgra ne mogu „osjetiti“. Ako ne možemo otkriti WIMP-ove pomoću ove dvije sile, kako se uopće možemo nadati da će ih otkriti? Uostalom, WIMP-ovi se teoretiziraju da lete kroz Zemlju, a da pri tome ništa ne udaraju da slabo uzajamno djeluju. No ponekad se mogu sudarati s atomskim jezgrama, ali samo ako se sudaraju naprijed. To je vrlo rijetka pojava, ali veliki podzemni detektor ksenona (LUX) bit će zatrpan 4 800 stopa (1463 metra, ili gotovo milju) pod zemljom u staroj zlatnoj rudnici Južne Dakote, a znanstvenici se nadaju da će kada nesretni WIMP naleti na ksenon atoma, bljesak svjetlosti će biti zarobljen, označavajući prvi eksperimentalni dokazi tamne materije…
Galaksije promatrane sa Zemlje imaju neke čudne osobine. Najveći problem kozmologa bio je objasniti zašto se čini da galaksije (uključujući Mliječni put) imaju veću masu nego što se to može vidjeti ako se broje zvijezde i računaju samo međuzvjezdane prašine. U stvari, 96% mase svemira se ne može promatrati. Smatra se da 22% ove nestale mase drži u "tamnoj materiji" (74% se drži kao "tamna energija"). Tamna materija je teoretizirana da poprima mnoge oblike. Masivni astronomski kompaktni halo objekti (astronomska tijela koja sadrže običan barionski materijal koji se ne može promatrati; poput neutronskih zvijezda ili planeta siročadi), neutrinovi i WIMPS, svi se smatraju da doprinose ovoj masi koja nedostaje. U tijeku je mnogo eksperimenata za otkrivanje svakog suradnika. Crne rupe mogu se neizravno detektirati promatranjem interakcija u središtu galaksija (ili gravitacijskim efektima leće), neutrini se mogu otkriti u ogromnim spremnicima tekućine ukopanim duboko pod zemljom, ali kako se mogu otkriti WIMP-ovi? Čini se da WIMP detektor treba izvaditi list iz neutrino detektora - potrebno je početi kopati.
Da bi se izbjegle smetnje od zračenja kao što su kosmičke zrake, detektori niske energije poput neutrinskih "teleskopa" su zakopani znatno ispod Zemljine površine. Stare rudarske osovine idealni su kandidati jer je rupa već postavljena. Neutrino detektori su ogromni spremnici s vodom (ili nekim drugim agensom) s vrlo osjetljivim detektorima postavljenim s vanjske strane. Jedan takav primjer je neutrino detektor Super Kamiokande u Japanu koji sadrži ogromnu količinu ultra pročišćene vode, težine 50 000 tona (na slici lijevo). Kako neutrino slabo interaktivno djeluje na molekulu vode u cisterni, emitira se bljesak Cherenkovskog zračenja i otkriva se neutrino. To je osnovni princip iza novog velikog podzemnog Xenon (LUX) detektora koji će trošiti 600 funti (272 kg) tekućeg ksenona suspendiranog u 25 stopa visokom spremniku čiste vode. Ako WIMP-ovi postoje izvan područja teorije, nada se da će se ove slabo interaktivne masivne čestice sudarati ksenonovim atomom i poput svojih rođaka male težine emitirati bljesak svjetlosti.
Robert Svoboda i Mani Tripathi, profesori iz Sveučilišta Davis, osigurali su 1,2 milijuna dolara od Nacionalne zaklade za znanost (NSF) i američkog Odjela za financiranje energije za projekt (to je 50% od ukupno potrebnog). U usporedbi s velikim hadronskim sudaračem (LHC) koji košta izgradnju, LUX je visoko ekonomski projekt s obzirom na opseg onoga što bi mogao otkriti. Ako postoje eksperimentalni dokazi o WIMP interakciji, posljedice će biti ogromne. Morat ćemo početi razumijevati porijeklo WIMP-ova i njihovu distribuciju dok Zemlja prolazi kroz mogući oreolo tamne materije za koje se neizravno opaža da postoji u Mliječnom putu.
Otkrivanje tamne materije "bio bi najveći posao od pronalaska antimaterije u 1930-ima.”- Profesorica Mani Tripathi, istražiteljica LUX-a, UC Davis.
Rudnik zlata u Južnoj Dakoti zatvoren je 2000. godine, a 2004. godine započelo je rad na razvoju lokacije u podzemnoj laboratoriji. LUX će biti prvi veliki eksperiment koji će biti tamo smješten. Nada se da će instalacija započeti krajem ljeta, nakon što se voda izbaci iz rudnika.
Izvorni izvor: UC Davis News
