W świecie fizyki eksperymentalnej osiągnięto kolejny, niezwykły kamień milowy. Naukowcom zaangażowanym w projekt SuperCDMS (Super Cryogenic Dark Matter Search) udało się wytworzyć jedne z najbardziej ekstremalnych warunków w historii badań laboratoryjnych. W specjalnym, podziemnym laboratorium w Kanadzie aparatura pomiarowa została schłodzona do temperatury bliskiej absolutnemu zeru, czyli około -273,15 stopni Celsjusza.
Granice możliwości pomiarowych
W takich warunkach ruch atomów praktycznie zanika. To niezwykle ważne osiągnięcie, ponieważ minimalizuje tzw. szum termiczny, czyli przypadkowe drgania atomów wywołane ciepłem. W konwencjonalnych temperaturach ten szum jest wszechobecny i może całkowicie zagłuszyć niezwykle subtelne sygnały, których poszukują fizycy. Schłodzenie detektorów do ekstremalnie niskich temperatur jest więc kluczowe dla zwiększenia ich czułości.
Projekt SuperCDMS to międzynarodowe przedsięwzięcie, którego głównym celem jest bezpośrednie wykrycie cząstek ciemnej materii.
Polowanie na niewidzialne
Czym jest ciemna materia? To hipotetyczna forma materii, która nie emituje, nie absorbuje ani nie odbija światła, przez co jest niewidzialna dla teleskopów. Jej istnienie postuluje się na podstawie obserwowanych efektów grawitacyjnych w galaktykach i gromadach galaktyk. Szacuje się, że ciemna materia stanowi około 27% całej masy i energii Wszechświata, podczas gdy zwykła, barionowa materia, z której zbudowane są gwiazdy, planety i my sami, to zaledwie około 5%.
Eksperyment SuperCDMS polega na oczekiwaniu na niezwykle rzadkie zderzenie hipotetycznej cząstki ciemnej materii (np. WIMP – słabo oddziałującej masywnej cząstki) z jądrem atomu w detektorze. Takie zderzenie wywołałoby mikroskopijne drganie, które w ekstremalnie niskiej temperaturze mogłoby zostać wychwycone.
Dlaczego głęboko pod ziemią?
Laboratorium znajduje się głęboko pod powierzchnią Ziemi nie bez powodu. Gruba warstwa skał stanowi naturalną osłonę przed promieniowaniem kosmicznym oraz innymi cząstkami pochodzącymi z powierzchni, które mogłyby imitować poszukiwany sygnał i wprowadzać fałszywe alarmy. Połączenie głębokiego podziemia z ekstremalnie niskimi temperaturami tworzy unikalne, „ciche” środowisko, idealne do nasłuchiwania najsłabszych szeptów Wszechświata.
Osiągnięcie tak niskich temperatur to wyczyn inżynieryjny, wykorzystujący zaawansowane techniki kriogeniczne. Sukces ten nie tylko przybliża nas do rozwiązania jednej z największych zagadek współczesnej kosmologii, ale także napędza rozwój technologii ultraniskich temperatur, które mogą znaleźć zastosowanie w komputerach kwantowych czy ultraszczelnych sensorach.
Chociaż ciemna materia wciąż wymyka się bezpośredniej detekcji, każdy postęp w tworzeniu bardziej czułych i „cichszych” detektorów, taki jak ten w projekcie SuperCDMS, zawęża pole poszukiwań i przybliża naukę do ostatecznego odkrycia, które zrewolucjonizuje nasze rozumienie fundamentalnej struktury rzeczywistości.
Foto: konto.chip.pl
Leave a Reply