Możemy użyć zwykłego cukru w poszukiwaniu ciemnej materii

Naukowcy opracowali nowy sposób poszukiwania ciemnej materii, używając gigantycznych kryształów sacharozy, czyli cukru stołowego – choć jak dotąd, znaleźli jedynie smak gorzkiej rzeczywistości braku wyników.

Wierzymy, że ciemna materia istnieje na podstawie dziwnego działania grawitacyjnego, jakie wydaje się wywierać na galaktyki, ale pomimo dziesięcioleci poszukiwań możliwych cząstek ciemnej materii, naukowcy nie znaleźli niczego. Wiele z tych poszukiwań polegało na szukaniu słabo oddziałujących masywnych cząstek (WIMP), które długo uważano za jedne z najbardziej obiecujących kandydatów na ciemną materię. Nawet najbardziej czułe badania nie przyniosły rezultatów.

Większość detektorów WIMP-ów szuka błysków światła, które cząstka ciemnej materii mogłaby wywołać, kiedy oddziałuje z materią zwykłą, ale wymaga to, aby cząstki miały wystarczająco dużą masę, około 2 do 10 000 razy większą niż masa protonu. To właśnie tłumaczyłoby najbardziej wyraźnie skutki galaktyczne ciemnej materii, ale możliwe jest również, że WIMP-y są lżejsze, choć jest to mniej zgodne z hipotezą.

Teraz Federica Petricca z Instytutu Maxa Plancka Fizyki w Monachium w Niemczech i jej koledzy poszukiwali tych lżejszych WIMP-ów, używając detektora z kryształów cukru schłodzonych do ekstremalnych temperatur.

Bardziej lekkie WIMP-y powinny najbardziej oddziaływać z bardzo lekkimi atomami, takimi jak wodór, ale trudnością jest wykorzystanie czystego wodoru jako detektora ze względu na jego niską gęstość, co zmniejsza szanse na oddziaływanie. Sacharoza natomiast zawiera 22 atomy wodoru w każdej cząsteczce, w znacznie większej gęstości niż czysty wodór.

Petricca i jej zespół najpierw wyhodowali kryształy sacharozy z zagęszczonego roztworu cukru przez okres tygodnia, a następnie obniżyli temperaturę kryształów do siedmiu tysięcznych stopnia powyżej zera bezwzględnego. Następnie obserwowali ewentualne interakcje z ciemną materią, obserwując niewielki wzrost ciepła za pomocą wyjątkowo czułego termometru i błyski światła za pomocą czujnika fotonów.

Badacze przeprowadzili swoje eksperyment przez 19 godzin i chociaż kryształy cukru rozświetliły się na poziomie zgodnym z większymi cząstkami, nie zmierzyli słabszych wykryć, które mogłyby być generowane przez WIMP-y.

Kryształy cukru zostały skonfigurowane po to, aby szukać ewentualnych interakcji z ciemną materią z niezwykłą wrażliwością, mówi Carlos Blanco z Pennsylvania State University, i mogłyby pozwolić badaczom dostrzec bardzo małe odprowadzenia od lekkich WIMP-ów. Niemniej jednak nie jest jasne, czy eksperyment jest skuteczny w efektywnym wykluczeniu innych możliwych źródeł oświetlających kryształy, takich jak radioaktywny węgiel-14, który jest powszechnie obecny w wielu cukrach.