Ciemna materia namierzona? Nie tak szybko…

Ciemna materia to jedna z największych współczesnych zagadek nie tylko astronomii, ale także nauk ścisłych w ogóle. Naukowcy od dawna zastanawiają się, czym właściwie jest ciemna materia, ale satysfakcjonującej odpowiedzi wciąż brak. Eksperyment XENONnT obalił wcześniejsze hipotezy o nowych cząstkach elementarnych.

Ciemna materia to tajemniczy komponent Wszechświata, którego jest znacznie więcej, niż zwykłej materii. Jak wiele, tego nie wiemy, bo ciemnej materii nie widzimy. Zwykła materia łatwo pochłania i emituje światło. Oczywiste jest, że gdyby ciemna materia była jakąś formą widzialnej materii, nawet tak zimnej, że nieemitującej żadnego promieniowania, powinno dać się ją wykryć poprzez interakcje ze światłem, które pochłania. Obiekty budowane przez taką ciemną materię wyglądałyby jak ciemne mgławice ułożone w pobliżu płaszczyzny galaktyki.

Czytaj też: Ciemna materia oddziałuje z widzialną? Pojawił się nowy scenariusz dotyczący interakcji

„Najlepszymi” kandydatami na budulec ciemnej materii są aksjony, hipotetyczne cząstki, które ze zwykłą materią oddziałują niezwykle rzadko, więc trudno je wykryć. Mogą dosłownie „przeniknąć” całą Ziemię bez kontaktu z jedną cząstką zwykłej materii. Ale wciąż nie wiadomo, czy istnieją.

Co powiedział nam eksperyment XENONnT?

Eksperyment XENONnT w Narodowym Laboratorium Gran Sasso we Włoszech bazuje na 5,9 tonach ciekłego ksenonu do poszukiwania ciemnej materii – egzotycznego rodzaju materii obserwowanego tylko poprzez efekty grawitacyjne w kosmosie. Detektor został zaprojektowany do poszukiwania cząstek ciemnej materii rozbijających się o jądra atomów ksenonu, powodując ich odrzut. Ale XENONnT może również wykrywać zwijające się elektrony.

Detektor XENONnT

W 2020 roku mniejsza wersja detektora – XENON1T – odnotowała większą niż oczekiwano liczbę zwijających się elektronów. To wywołało duże poruszenie w świecie fizyki. Wykryta nadwyżka mogła być wyjaśniona przez jakieś nieznane cząstki elementarne, np. aksjony pochodzące ze Słońca. Ale wykrytych cząstek było za mało, by móc wyciągnąć daleko idące wniosku – potrzebne było więcej danych.

W nowej analizie, wykorzystującej dane z 97 dni, XENONnT zauważył tyle samo odrzutów elektronów, ile oczekiwano z powodu znanych oddziaływań cząstek. Naukowcy nie wiedzą, co było przyczyną dodatkowych detekcji w poprzednim eksperymencie, ale możliwe, że był to tylko statystyczny przypadek. Możliwe też, że przyczyną były niewielkie ilości trytu – atomów wodoru z dwoma neutronami w jądrze – w detektorze.

Czytaj też: Już wiadomo, czym jest ciemna materia? Powstała zaskakująca koncepcja

To oznacza, że w eksperymencie XENONnT nie wykryto nowych cząstek elementarnych, które mogłyby tworzyć ciemną materię. Kolejny potencjalni kandydaci są nadal poszukiwani.

Więcej o poszukiwaniach nowej fizyki w eksperymencie XENONnT można przeczytać w Science Purdue.