Tumšās vielas izpētes jomā, piemēram, porcelāna veikalā, ir zilonis: apgalvojums, kam grūti ticēt, kuru nav iespējams apstiprināt un pārsteidzoši grūti izskaidrot. Bet tagad mums ir četri instrumenti ar tāda paša veida detektoriem kā sadarbība, kurai pieder šī pretrunīgi vērtētā prasība. Nākamo trīs gadu laikā šie eksperimenti vai nu apstiprina tumšās vielas esamību, vai arī vienreiz un uz visiem laikiem atspēko apgalvojumu, saka fiziķi, kas strādā pie tiem.
"Viss izdosies," saka Frenks Kalaprice no Prinstonas Universitātes Ņūdžersijā, kurš vada vienu no eksperimentiem.
Sākotnējo paziņojumu paziņoja sadarbība DAMA, kuras detektors atrodas laboratorijā dziļi Gran Granu kalnu grēda uz austrumiem no Romas. Vairāk nekā pirms desmit gadiem viņa sniedza pārsteidzošus pierādījumus par tumšo matēriju - neredzamu vielu, kas, domājams, saista galaktikas kopā ar savu gravitācijas spēku. Pirmais no jaunajiem detektoriem Dienvidkorejā sāks darboties tikai pēc dažām nedēļām. Pārējo daļu tuvāko gadu laikā uzsāks Spānijā, Austrālijā un Gran Sasso. Visi no tiem tumšās vielas meklēšanai izmantos nātrija jodīda kristālus, ko nav paveicis neviens liela mēroga eksperiments, izņemot DAMA.
Zinātnieki ir ļoti pārliecināti par tumšās matērijas esamību un to, ka tā ir vismaz piecas reizes lielāka par parasto matēriju. Bet tā daba joprojām ir noslēpumaina. Vadošā hipotēze ir tāda, ka vismaz daļu no tās masas veido vāji mijiedarbojošās daļiņas (WIMP), kurām ik pa laikam ir jāsaduras ar atomu kodoliem uz Zemes.
Nātrija jodīda kristāliem vajadzētu izstarot gaismas zibspuldzi, ja tas notiek detektorā. Kaut arī dabiska radioaktivitāte rada arī šādus signālraķetes, DAMA 1998. gadā paziņoja par WIMP atklāšanu, atsaucoties uz faktu, ka dienā saražoto signālraķešu skaits mainījās atkarībā no gadalaika.
Tas ir tas, kas būtu sagaidāms, ja signālu ģenerētu WIMP, kas izlīst uz Zemes, kad Saules sistēma pārvietojas pa Piena Ceļa tumšās vielas halo. Šajā gadījumā daļiņu skaitam, kas šķērso Zemi, vajadzētu būt maksimālajam, kad jūnija sākumā planētas orbītā kustība sakrīt ar Saules kustību, un samazināties, kad kustība notiek pret Sauli, decembra sākumā.
Bet ir viena liela problēma. “Ja tā patiešām būtu tumšā matērija, daudzi citi eksperimenti to būtu redzējuši jau tagad,” saka Tomass Švets-Mangolds, teorētiskais fiziķis no Karlsrūes Tehnoloģiju institūta Vācijā - un neviens to vēl nav redzējis. Bet tajā pašā laikā visi mēģinājumi atrast DAMA eksperimenta nepilnības, ieskaitot ietekmi uz vidi, ko zinātnieki neņēma vērā, nav bijuši veiksmīgi. "Ir modulācijas signāls," saka Kaijuan Ni no Kalifornijas Universitātes Sandjego, kurš strādā pie XENON1T tumšās vielas eksperimenta. "Bet kā interpretēt šo signālu - par labu tumšajai matērijai vai kaut kam citam - nav skaidrs."
Neviens cits pilna mēroga eksperiments nātrija jodīdu neizmantoja tā detektorā, lai gan Dienvidkorejas KIMS izmantoja cēzija jodīdu. Tādējādi joprojām pastāv iespēja, ka tumšā viela mijiedarbojas ar nātriju savādāk nekā ar citiem elementiem. "Kamēr kāds neizšauj detektoru uz tā paša elementa, kurš atstāja mājienu, jūs nevarat būt drošs par neko," saka Huans Kollaris no Čikāgas Universitātes Ilinoisā, kurš ir strādājis pie vairākiem tumšās vielas eksperimentiem.
Reklāmas video:
Daudzi ir saskārušies ar grūtībām audzēt nātrija jodīda kristālus ar nepieciešamo tīrību. Izceļas arī kālija piesārņojums, kam ir dabiski sastopams radioaktīvais izotops.
Bet trim zinātnieku komandām - KIMS, DM-Ice no Jēlas universitātes Ņūheivenā un ANAIS no Saragosas universitātes Spānijā - izdevās iegūt kristālus, kuru fona radioaktivitātes līmenis ir uz pusi mazāks nekā DAMA. Tas ir pietiekami tīrs, lai pārbaudītu viņas rezultātus, saka zinātnieki.
KIMS un DM-Ice zinātnieki ir uzbūvējuši nātrija jodīda detektoru sadarbībā ar Jangjanas pazemes laboratoriju 160 kilometrus uz austrumiem no Seulas. Rīks izmanto "aktīvo veto" sensoru, kas labāk atdalīs tumšo vielu no trokšņa nekā DAMA, saka Dienvidkorejas Dienvidkorejas Pazemes fizikas centra, kas darbojas KIMS, direktors Yengduk Kim.
ANAIS būvē līdzīgu detektoru Canfranc pazemes laboratorijā Spānijas Pirenejos. Kopā KIMS, DM-Ice un ANAIS pārvadās vairāk nekā 200 kilogramus nātrija jodīda un apmainīsies ar datiem. Salīdzinot ar 250 kilogramiem, kas bija DAMA, zinātnieki cer noķert līdzīgu skaitu WIMP. Un, lai gan jaunajiem detektoriem būs augstāks fona trokšņu līmenis, viņi varēs vai nu viltus, vai arī reproducēt spēcīgāko DAMA signālu, saka Reina Maruyama no Jēlas universitātes, kas vada DM-Ice.
Bet Kalapris apgalvo, ka augsta tīrība ir svarīgāka par masu. Kopā ar kolēģiem viņš izstrādāja veidu, kā samazināt piesārņojumu, un janvārī paziņoja par tādu kristālu saņemšanu, kas ir tīrāki par DAMA kristāliem. Viņš cer vēl vairāk samazināt fona līmeni līdz DAMA vienai desmitdaļai.
Viņa projektā SABER (aktīvās fona noraidīšanas nātrija jodīds) viens detektors atradīsies Gran Sasso, bet otrs - Stovelas pazemes fizikas laboratorijā, kas tiek būvēts zelta raktuvē Viktorijā, Austrālijā. SABRE izmantos detektoru, kas atdala tumšās vielas signālu no trokšņa, un tā svars būs aptuveni 50 kilogrami.
Apmēram gada laikā SABRE pabeigs izpēti un attīstību un drīz sāks savu detektoru būvi, saka Kalapris. Tad šī tehnoloģija kļūs pieejama citām laboratorijām - kaut ko DAMA nedarīja. Un, ja jums ir divi identiski detektori ziemeļu un dienvidu puslodē, jūs varat saprast, vai ietekme uz vidi varētu sagrozīt tumšās vielas sezonalitāti DAMA rezultātos - ja signāls nāca no WIMP, abi detektori vienlaikus redzēs maksimumus.
DAMA ir ļoti pārliecināta par saviem rezultātiem, saka Rita Bernabei no Romas Universitātes. Viņa nav īpaši satraukta par gaidāmo nātrija jodīda detektoru palaišanu. "Mūsu rezultāti ir daudzkārt apstiprināti 14 gadu laikā, tāpēc mums nav pamata cerēt, ka redzēsim, ko citi darīs," viņa saka. Ja citi eksperimenti neredz ikgadējās modulācijas, sadarbība vienkārši nolems, ka tie nav pietiekami jutīgi.
Bet ko tad, ja DAMA zinātniekiem ir taisnība? “Sākumā es negribēju ticēt DAMA rezultātiem, es pat neuztvēru tos nopietni,” saka Katherine Freese, Mičiganas Universitātes asteroidālo daļiņu teorētiķe Ann Arbor, kas ierosināja DAMA sezonālās modulācijas metodi. Bet, tā kā netika atrasts cits viņu signāla skaidrojums, viņa tika mierināta. "Jo vairāk cilvēks pēta viņu eksperimentu, jo vairāk viņš saprot, cik labi tas tiek veikts."
Iļja Khel