Egy minnesotai bányában, a Soudan-tárnában régóta foglalkoznak asztrofizikusok egy olyan jelenség detektálásával, amely lehet, hogy nem is létezik. Vagy ha igen, akkor nem feltétlenül abban a formában, ahogyan ezt eddig képzelték. A sötét anyagról van szó, amely nevéből is adódóan igencsak nehezen "látható", érzékelhető. Most az a hír terjed, hogy a CDMS-program kutatói két olyan ütközést detektáltak, amelyek alapján akár meg is találhatták az úgynevezett WIMP-részecskék nyomait.

A Kriogén (nagyon alacsony hőmérsékletű) Sötét Anyag Kutatás - Cryogenic Dark Matter Search (CDMS) elnevezésű kísérlet akár megoldásként is szolgálhat az univerzum egyik legismertebb rejtélyére, megmagyarázhatja a világmindenségből "hiányzó" tömeg problémáját. Az óvatos fogalmazás nem véletlen a híradásokban: maguk a kutatók sem állítják, hogy biztosan találtak volna valamit. Hangsúlyozzák, hogy a mostani kísérletben lehet, hogy csak "normál" neutronokat találtak, nem pedig az úgynevezett WIMP-részecskék nyomait.

Mi az a WIMP?

De mik is ezek a WIMP-részecskék, és mi az a sötét anyag? A galaxisok mozgását figyelve egy svájci csillagász számolta ki, hogy a galaxisok pályáját, sebességét valamilyen nagyobb tömeg jelenléte befolyásolhatja. Ezt a tömeget egyfajta "sötét anyag", illetve "sötét energia" szolgáltathatja. A név abból ered, hogy nehezen figyelhető meg földi észlelési módszerekkel, természetesen a normál fény és más elektromágneses hullámtartományban sem érkezik erről a "tömegről" jel a világűrből. (Legalábbis nem erős jelről van szó.)

Az Ősrobbanás után a Világegyetemben található anyag, részben talán a sötét anyag gravitációs hatására, szálas elrendezésbe, filamentekbe szerveződött - írja a Wikipedia. A szálak mentén sűrűsödött a megfigyelhető anyag galaxisokká. A kép a Millennium Run számítógépes szimuláció eredményéről készült. © Wikipedia

Vannak olyan kutatók, akik elutasítják a sötét anyag jelenlétét a világegyetemben, de akiknek meggyőződése, hogy van ilyen, azok sem biztosak abban, hogy miből áll a sötét anyag és a sötét energia. A számtalan változat közül az egyik a WIMP-ek modellje. A rövidítés az úgynevezett Gyengén Kölcsönható Nagytömegű Részecskét (Weakly Interacting Massive Particle) takarja. Ezek lassú, elektromágneses módszerekkel nem igazán érzékelhető részecskék lennének bizonyos teóriák szerint. Az úgynevezett gyenge kölcsönhatásban és a gravitációban viszont komoly szerepük lehet. (Különben nem lehetne megmagyarázni velük bizonyos galaxisok furcsa mozgását.)

WIMP és a sötét anyag

A sötét anyag alkotóelemeként sok mindent feltételeznek, ezek közül az egyik legnépszerűbb a hipotetikus WIMP-részecske. Ezek nagy tömegűek, viszont lassúak, nem lépnek elektromágneses kölcsönhatásba, így láthatatlanok gyakorlatilag. Minthogy az elektromágneses kölcsönhatás is "hidegen hagyja" őket, nehéz a megfigyelésük, és persze a normál atomokkal is nehezen lépnek kölcsönhatásba. Ennek ellenére az univerzum tömegének 80 százalékát tulajdonítják egyes tudósok e részecskének.

Ha mégis kölcsönhatásba lép a WIMP egy másik részecskével, akkor arról úgy pattan le, mint a billiárdgolyó. A ritka ütközés nyoma viszont egy kis hő termelődése. Ezt a hőt viszont lehet érzékelni a földi műszerekkel. Most a minnesotai Soudan-bányában lehet, hogy mégsem WIMP-eket, hanem neutronok nyomait találták meg.

Ha azonban valóban WIMP-ekről van szó, az ütközés termékei lehetnek töltéssel rendelkező atomok, vagyis ionok, amelyek szintén észlelhetőek. A CDMS-kísérletben most 30 detektort használnak, amelyek rendkívül alacsony hőmérsékletre lehűtve "várják" a WIMP-eket. A detektorokban germánium és szilícium kristályok találhatók, 800 méter mélyen a minnesotai vasércbányában. Azért a föld alatt tárolják a mérőeszközöket, hogy a kozmikus háttérsugárzás és a napfény ne zavarhassa a kísérletet.

Két ütközés

A kutatók ugyan észleltek most két olyan ütközést, amelyeknek a karakterisztikája lehet olyan, mint a WIMP-eké, de egyelőre nem biztosak az eredményekben, még ki kell zárniuk, hogy "sima neutronok" botlottak-e bele a kísérleti eszközökbe. "Egyelőre még nincs szó felfedezésről" - állította egy szakértő.

Ha a WIMP-detektálást más kísérletek is igazolják, meg kell állapítaniuk a tudósoknak, hogy honnan érkeznek hozzánk ezek a részecskék. Egyes feltételezések szerint az olyan "érett" galaxisokban, mint a mi Tejútrendszerünk, a WIMP-ek a galaxis központi részéről indulhatnak ki. Ha a most Amerikában detektált két ütközés valódinak bizonyul, akkor sem biztos, hogy az USA kutatói voltak az elsők, akik a sötét anyag létezését bizonyították.

A Wikipedia szerint ugyanis 2008 tavaszán olasz fizikusok bejelentették, hogy a DAMA projekt detektoraival valószínűleg sikerült a sötét anyag részecskéinek árama által kiváltott fizikai jelenségeket detektálni. Kimutatták ugyanis az 1980-as években megjósolt éves ingadozást, amely azzal függ össze, hogy Nap körüli pályáján a Föld fél évente a Nap galaxismag körüli mozgásával egyező, fél évenként pedig azzal ellentétes irányba mozog.