Varför letar forskare efter mörk materia på 2000 meters djup?

Även om det inte går att se med traditionella instrument, utgör mörk materia cirka 27% av den totala densiteten av universums synliga energi. Men hur kan man bevisa att det existerar, för att inte tala om hur det ser ut eller hur det fungerar? Nyligen kan forskare ha insett att för att hitta mörk materia måste de leta efter det... i Jordens djup. Låt oss se hur det är möjligt.

Sökandet efter mörk materia i Jordens djup

Unsplash

Enligt vissa fysiker kan vi inte se mörk materia eftersom det består av partiklar som interagerar svagt med vanlig materia. Av denna anledning kallas det WIMP eller Weak Interacting Massive Particles. Hur hittar man det?
Om det interagerar svagt med vanlig materia och allt omkring oss är vanlig materia, är det väl ganska svårt? Både ja och nej.

Faktum är att Lawrence Berkeley National Lab i Kalifornien har påbörjat ett experiment som kallas LUX-ZEPLIN, på Sanford Underground Research Facility i Colorado. Det är den största mörkmateriadetektorn som någonsin byggts och den har placerats på ett djup av 1.500 meter i jordskorpan.

Målet är att begränsa störningen av bakgrundsstrålning, och därför kunna upptäcka interaktioner mellan vanlig och mörk materia. Inuti LUX-ZEPLIN, byggd med ett material som avger väldigt lite strålning, finns 10 ton flytande xenon.

Om mörk materiapartiklar kolliderar med xenonatomer producerar de en ljusblixt och frigör elektroner. 

Vad har experimentet med LUX-ZEPLIN hittills hittat?

Kilo-Degree Survey Collaboration/H. Hildebrandt & B. Giblin/ESO - CC BY 4.0 DEED

Som man kan föreställa sig interagerar WIMP-partiklar inte med materia på ett lätt detekterbart sätt, inte ens genom experimentet LUX-ZEPLIN. Enligt forskare måste experimentet komma så nära som möjligt att replikera de förhållanden under vilka de svaga interaktionerna mellan vanlig och mörk materia kan detekteras, åtminstone i deras effekter. Vilket inte är så enkelt.

Hittils har LUX-ZEPLIN inte haft någon tur med att hitta efter det den söker.

Som väntat var interaktionerna väldigt sällsynta och ingen involverade mörk materia. Varje negativt resultat är dock ett framsteg i den vetenskapliga forskningen, eftersom det är väldigt små mätningar som utförs med ett väldigt känsligt instrument: att inte finna mörk materia innebär dock att de måste bygga instrument som är ännu mer känsliga, som klarar att utföra ännu mindre mätningar.

Även Kina vill hitta mörk materia

NASA, ESA and R. Massey (California Institute of Technology)

LUX-ZEPLIN var under flera år den enda mörkmateriadetektorn i Jordens djup: så är det dock inte längre. Faktum är att i Kina har CJPL eller Chinese Jinpin Underground Laboratory nyligen börjat arbeta, vilket har samma mål som sin amerikanska motsvarighet. Belägen på 2.400 meters djup och med en 4-tons xenondetektor, siktar laboratoriet på att vara först med att upptäcka interaktioner mellan mörk och vanlig materia.

Detta är en av de senaste decenniernas mest intressanta och fascinerande forskning, men vägen är uppförsbacke för alla. Det är ju inte direkt en enkel sak att hitta ett svar på frågan om hur universum skapades, inte ens med de verktyg som finns nu. Det skulle kunna vara jämförbart med att ställa frågan "vad ser du" till en som blundar.