Nemamo pojma od čega se sastoji veći deo svemira: Naučnici su sve bliže tome da reše ovu MISTERIJU

Kada je reč o razumevanju svemira, ono što znamo samo je delić slike. Tamna materija i tamna energija čine oko 95 odsto univerzuma, ostavljajući svega 5 odsto „običnoj materiji“, tj. onome što možemo da vidimo.

Dr Rupak Mahapatra, eksperimentalni fizičar čestica na Teksaskog univerziteta A&M, dizajnira visokonapredne poluprovodničke detektore sa kriogenim kvantnim senzorima, koji pokreću eksperimente širom sveta i pomeraju granice u istraživanju ove najdublje misterije, piše EurekAlert!

Preporučujemo

- To je kao da pokušavate da opišete slona dotičući samo njegov rep. Osećamo nešto masivno i složeno, ali hvatamo samo jedan mali deo toga – rekao je on.

On i njegovi koautori predstavili su svoj rad u Applied Physics Letters.

Šta su tamna materija i tamna energija?

Tamna materija i tamna energija tako su nazvane jer je nepoznato od čega se sastoje. Tamna materija čini veći deo mase u galaksijama i galaktičkim jatima, oblikujući njihovu strukturu na najvećim razmerama. S druge strane, tamna energija se odnosi na silu koja pokreće ubrzano širenje univerzuma. Drugim rečima, tamna materija drži stvari na okupu, dok ih tamna energija razdvaja.

Uprkos njihovoj rasprostranjenosti, nijedna ne emituje, ne apsorbuje, niti reflektuje svetlost, što ih čini gotovo nemogućim za direktno posmatranje. Ipak, njihovi gravitacioni efekti oblikuju galaksije i kosmičke strukture. Tamna energija je čak dominantnija od tamne materije: ona čini oko 68% ukupnog energetskog sadržaja univerzuma, dok tamna materija čini oko 27%.

Mahapatrina grupa pravi detektore toliko osetljive da mogu da uhvate signale čestica koje retko interaguju sa običnom materijom – signale koji bi mogli da otkriju prirodu tamne materije.

- Izazov je u tome što tamna materija interaguje tako slabo da su nam potrebni detektori sposobni da uoče događaje koji bi se mogli desiti jednom godišnje, ili čak jednom u deceniji - rekao je Mahapatra.

Tim je doprineo vodećoj svetskoj potrazi za tamnom materijom koristeći detektor pod nazivom TESSERACT.

- Radi se o inovacijama. Pronalazimo načine da pojačamo signale koji su ranije bili zakopani u šumu – rekao je.

Pomeranje granica mogućeg

Mahapatrin rad se zasniva na dugoj istoriji pomeranja granica detekcije, uz vodeće svetske potrage kroz njegovo učešće u eksperimentu SuperCDMS tokom poslednjih 25 godina. U prelomnom radu iz 2014. godine u Physical Review Letters, on i saradnici su uveli kalorimetrijsku detekciju jonizacije uz pomoć napona u eksperimentu SuperCDMS – proboj koji je omogućio istraživačima da ispitaju WIMP-ove male mase, vodećeg kandidata za tamnu materiju. Ova tehnika je dramatično poboljšala osetljivost na čestice koje su ranije bile nedostižne.

Nedavno, 2022. godine, Mahapatra je bio koautor studije koja je istraživala komplementarne strategije detekcije – direktnu detekciju, indirektnu detekciju i potragu za slabointeregujućim česticam WIMP u kolajderima. Ovaj rad naglašava globalni, višestrani pristup rešavanju zagonetke tamne materije.

- Nijedan pojedinačni eksperiment nam neće dati sve odgovore. Potrebna nam je sinergija između različitih metoda da bismo sklopili celu sliku - napominje Mahapatra.

Razumevanje tamne materije nije samo akademska vežba, to je ključ za otključavanje fundamentalnih zakona prirode.

- Ako budemo mogli da detektujemo tamnu materiju, otvorićemo novo poglavlje u fizici. Potraga zahteva izuzetno osetljive tehnologije detekcije i mogla bi dovesti do tehnologija koje danas ne možemo ni da zamislimo – rekao je Mahapatra.

WIMP-ovi su jedan od najperspektivnijih kandidata za tamnu materiju. To su hipotetičke čestice koje interaguju putem gravitacije i slabe nuklearne sile, što ih čini neverovatno teškim za detektovanje. Zašto su važni: ako WIMP-ovi postoje, mogli bi da objasne nedostajuću masu u univerzumu. WIMP bi mogao da prođe kroz Zemlju bez ostavljanja traga, pa su naučnicima potrebne godine podataka da bi uočili čak i jedan jedini događaj.

(Telegraf Nauka/EurekAlert!)