Wszystko to w ramach projektu SuperCDMS (Super Cryogenic Dark Matter Search), prowadzonego głęboko pod ziemią w kanadyjskim laboratorium SNOLAB. Celem tego eksperymentu jest rozwikłanie jednej z największych zagadek współczesnej nauki, czyli ciemnej materii. Ta według szacunków stanowi nawet około 85 procent całej materii we wszechświecie.
Czytaj też: Brakujące ogniwo komputerów kwantowych. Fizycy na tropie długo poszukiwanego stopu
Aby tego dokonać, naukowcy musieli stworzyć warunki bardziej ekstremalne niż w kosmosie. Detektory zostały schłodzone do temperatur rzędu zaledwie kilku tysięcznych części stopnia powyżej zera absolutnego, czyli około -273,15 stopnia Celsjusza. To oznacza, że są one nawet setki razy zimniejsze niż przestrzeń kosmiczna.
Dlaczego aż takie zimno jest konieczne? Odpowiedź tkwi w naturze samej ciemnej materii. Chodzi o hipotetyczne cząstki, które niemal wcale nie oddziałują z normalną materią. Jeśli w ogóle zostawiają jakikolwiek ślad, jest on ekstremalnie słaby, wręcz na granicy możliwości pomiarowych.
W normalnych warunkach takie sygnały zostałyby całkowicie zagłuszone przez tzw. szum termiczny, czyli drgania atomów wynikające z temperatury. Schłodzenie detektorów do niemal absolutnego zera praktycznie eliminuje te drgania, dzięki czemu możliwe staje się wychwycenie nawet najmniejszych impulsów energii.
W takich warunkach materia zachowuje się zupełnie inaczej niż na co dzień. Detektory wykonane z krzemu i germanu działają jak niezwykle czułe mikrofony, zdolne zarejestrować pojedyncze, minimalne zaburzenia wywołane potencjalnym zderzeniem z cząstką ciemnej materii. Jakby tego było mało, cały eksperyment znajduje się głęboko pod ziemią, aby dodatkowo odciąć się od promieniowania kosmicznego i innych zakłóceń. Nawet pojedyncze cząstki z kosmosu mogłyby bowiem imitować sygnał, którego naukowcy szukają.
Czytaj też: Kinetyka wirów kwantowych. Fizycy z PW wyznaczają parametry tarcia wzajemnego w nadcieczach
Osiągnięcie tak niskiej temperatury to kluczowy moment w projekcie. Oznacza przejście z fazy budowy do fazy właściwych badań. Naukowcy mogą teraz rozpocząć kalibrację detektorów i przygotowania do zbierania danych, które mają ruszyć w najbliższym czasie. Jeśli eksperyment zakończy się sukcesem, może to być jedno z najważniejszych odkryć w historii fizyki. Bezpośrednie wykrycie ciemnej materii nie tylko wyjaśniłoby, z czego składa się większość wszechświata, a przede wszystkim otworzyłoby drzwi do zupełnie nowej fizyki wykraczającej poza obecne modele.
Źródło: National Accelerator Laboratory
