2013.11.15. - Még mindig a sötétben rejtőzik a sötét anyag

Az eddigi legpontosabb mérésekkel sem sikerült közelebb kerülni a rejtélyes sötét anyag megértéséhez, de legalább sikerült kizárni néhány korábbi, bizonytalanabb megfigyelésből származó jelöltet.

Ahhoz képest, hogy sötét anyag az Univerzumban található összes anyag közel 85%-át adja, szinte semmit sem tudunk róla. Az egyedüli biztos pont ez: ahhoz, hogy a látható anyag - galaxisok, galaxishalmazok - úgy nézzenek ki, ahogy most teszik, szükség van ennek a megfoghatatlan összetevőnek a gravitációjára. De arról még sejtelmünk sincs, mi is alkothatja. A legjobb jelöltek eddig a WIMP-ek, vagyis a gyengén kölcsönható, nehéz részecskék, melyek elvileg elárasztják a Világegyetemet. Nehezek, hogy nagy tömeget adjanak ki, és nagyon gyengén hatnak kölcsön a látható anyaggal: lényegében folyamatosan és szinte teljesen észrevétlenül áramolnak át mindenen, a Földön, a Napon, rajtunk.

A LUX lelke, a folyékony xenont tároló tartály. Működés közben az egész helyiség vízzel van elárasztva.
[Matt Kapust]

A szalmaszál, amibe a kutatók kapaszkodnak, a "szinte" szócska: jól megválasztott kísérlettel és nagyon sok türelemmel kivárhatjuk, hogy egy-egy kósza WIMP mégis eltaláljon egy normál atomot. A LUX (Large Undergound Xenon), vagyis Nagy Földalatti Xenon kísérlet az eddigi legpontosabb mérést végzi a dél-dakotai Lead városában, illetve alatta másfél kilométerrel. A berendezés a Homestake aranybánya mélyén, az egykori híres neutrínó-detektor helyén található. A mérésekhez 370 kg tiszta, szuperhideg, részben folyékony xenont használtak, amelyet fényérzékeny detektorokkal vettek körül. Ha egy WIMP véletlenül nekiütközne az egyik xenonatomnak, az felvillanást (szcintillációt) okozna a tartályban. A LUX detektor sugárzási szempontból a lehető legnyugodtabb hely a Földön: a nagy mélység mellett a tartályt több mint 200 köbméter nagyon tiszta víz is körülveszi, a lehető legjobban leárnyékolva azt a kozmikus sugárzástól és a radioaktív bomlások melléktermékeitől.

A LUX az első három hónapja alatt 160 eseményt detektált, ám a részletes elemzés után kiderült, hogy mind a háttérből ered, azaz a LUX nem látott semmi váratlant. Hogy akkor mi ebben az újdonság? A LUX egyik vezetője, Rick Gaitskell (Brown University) szerint az elmúlt néhány évben több sötétanyag-kísérlet talált olyan jeleket a legalacsonyabb mért energiákon, amelyek a sötét anyagtól eredhetnek, ők pedig rengeteget dolgoztunk a LUX teljesítményének növelésén az alacsony energiaszinteken, de semmi jelét nem látják sötét anyagnak. Vagyis a LUX alapján a korábbi megfigyelések nem sötét anyagtól, hanem más forrásokból, feltehetően a háttérzajból származhattak, így a könnyű WIMP részecskéket most már kizárhatjuk a sötétanyag-jelöltek listájáról.

A LUX felépítése. A becsapódó WIMP szcintillációt okoz, illetve ionizálja is a xenon-atomot. A keletkező fényt és az elektron keltette áramot is detektálják a műszerek.
[http://luxdarkmatter.org]

A LUX hamarosan ismét üzembe áll, 300 napnyi folyamatos mérésre készülve. Már az első 85 nap alatt is nagyobb érzékenységet ért el, mint az eddigi sötétanyag-kísérletek összesen. Egy év múlva pedig talán megtalálja az első WIMP-et. De ha nem, akkor is igen fontos eredményekkel fog szolgálni. Gaitskell magyarázata szerint minden nappal újabb és újabb modelleket tesztelnek a sötét anyag eredetére. Ez pedig roppant fontos, mert még nem ismerjük annyira a Világegyetemet, hogy az alapján kiválaszthassuk a jó elméletet. A LUX viszont segíteni fog a leszűkítésében.

Forrás:

• arXiv:1310.8214 [astro-ph.CO]