2008.05.02. - A sötét anyag részecskéinek első detektálása?

Lehetséges, hogy olasz kutatóknak olyan jeleket sikerült detektálniuk kísérleti berendezésükben, melyek igazolják a sötét anyag részecskéinek jelenlétét a Tejútrendszer külső tartományaiban.

Az asztrofizika jelenlegi egyik legizgalmasabb kérdése az egyelőre hipotetikus sötét anyag és sötét energia problémája. Az elképzelések szerint a Világegyetem anyagának és energiájának csak töredéke, mindössze 4 százaléka van jelen általunk is látható, megfigyelhető formában. Körülbelül 20 százaléknyi része az ún. sötét anyag, ami túlságosan kevés információt szolgáltat magáról ahhoz, hogy detektálhatnánk, s eddig a Földön sem sikerült semmilyen nyomát kimutatni. A maradék, legnagyobb rész az ún. sötét energia, melynek hatása a Világegyetem gyorsuló tágulásában mutatkozik meg.

Számítógépes szimuláció a sötét anyag eloszlásáról egy galaxishalmazban. Az elképzelések szerint a galaxisok a sötét anyag sűrűsödési helyein keletkeznek.
[Andrey Kravtsov]

Az olaszországi Gran Sasso National Laboratory keretein belül működik a DAMA (DArk MAtter) projekt, melynek egyik célja a galaktikus halo sötét anyagából származó részecskék detektálása. A kísérletben több szcintillációs detektort alkalmaznak. Ezek közül az egyik, a körülbelül 100 kg NaI-t tartalmazó DAMA/NaI 2002 júliusa, míg a körülbelül 250 kg nátrium-jodiddal feltöltött DAMA/LIBRA (Large sodium Iodide Bulk for RAre processes) 2003 márciusa óta üzemel. A berendezésekben alkalmazott rendkívül csekély radioaktivitású NaI kristályok szintén alacsony aktivitású, rézből készült kamrákban helyezkednek el. A kristályokban bekövetkezett kölcsönhatási eseményeket felvillanások jelzik, ezeket a fotonokat fotoelektronsokszorozó csövekkel (PMT) detektálják. A zavaró hatásokat (például a környezeti neutronokat) különböző árnyékoló pajzsokkal, többek között a Gran Sasso szikláinak felhasználásával készült 1 méter vastag betonréteggel próbálják kiküszöbölni. A rézház körül enyhe túlnyomás uralkodik, ami egy háromlépcsős szigetelőrendszer egyik eleme. A berendezések teljes egészében légkondicionáltak, az állandó hőmérséklet tartásában pedig sokat segít a többtonnás, rendkívül nagy hőkapacitású pajzs, amihez a rézházak kapcsolódnak.

A körülbelül 100 kg össztömegű NaI kristályokból álló detektorok kiemelése a DAMA/NaI berendezés belső, csekély radioaktivitású rézből készült kamrájából.
[The DAMA Project]

A kísérletek során a DAMA/NaI mára már 7 éves ciklust észlelt végig. A mérési adatok Rita Bernabei (Universita de Roma) és munkatársai által elvégzett részletes elemzése azt mutatja, hogy a berendezésben detektált események számának változása nagyon jól követi a galaktikus halo sötét anyagából származó részecskék számának a nyolcvanas évek közepén Freese és munkatársai által megjósolt évi változását. A DAMA/LIBRA három évvel rövidebb időszakra kiterjedő adatai megerősítették ezt az eredményt. A kutatók minden egyéb, hasonló effektust okozó okot ki tudtak zárni, így a két méréssorozat kombinált eredménye magas konfidenciaszinten igazolhatja a sötét anyag jelenlétét a Galaxis külső részeiben.

Forrás:

• arXiv:0804.2741v1 [astro-ph]
• The DAMA Project