Mi az a sötét anyag és sötét energia?
Sötét anyagnak nevezzük azt a titokzatos komponenst, amely meghatározza a galaxisok és galaxishalmazok szerkezetét — mintegy 27%-át teszi ki az univerzum teljes energiájának. A sötét energia még rejtélyesebb: ez mozgatja az univerzum folyamatosan gyorsuló tágulását, és az univerzum energiájának közel 68%-át adja. Más megközelítésben: a sötét anyag mintha egyfajta kozmikus ragasztó lenne, míg a sötét energia állandóan gyorsítja a tér tágulását.
Érdemes kiemelni, hogy egyik sem bocsát ki, nyel el vagy ver vissza fényt, ezért közvetlenül nem lehet őket megfigyelni — a gravitációs hatásaik alapján következtetnek rájuk, ahogyan a galaxisok mozognak és a nagy kozmikus struktúrák kialakulnak.
Érzékelők, amelyek akár évtizedenként egyszer is jeleznek
Mahapatra és csapata jelenleg olyan elképesztően érzékeny detektorokat fejleszt, amelyek képesek lehetnek rendkívül ritka részecskeütközéseket is regisztrálni. Elképzelhető, hogy ezek a jelenségek csak évente vagy akár évtizedenként egyszer fordulnak elő. Az egyik kiemelt projekt a TESSERACT detektor, amelynek úttörő feladata, hogy eddig zajban eltemetett jeleket is észrevegyen. A Texas A&M Egyetem egyike azon kevés intézménynek, amelyek ebben a nemzetközi együttműködésben részt vesznek.
A következmények messzire mutatnak: ha sikerülne érzékelni a sötét anyagot, az alapjaiban alakíthatná át fizikai tudásunkat, sőt, akár ma még elképzelhetetlen új technológiákat is hozhat.
Szükség van az együttműködésre
Mahapatra már 25 éve dolgozik részecskeérzékelők fejlesztésén, legfőképp a SuperCDMS kísérletben, amely világszerte vezető a sötét anyag keresésében. Egy 2014-es áttörésük lehetővé tette, hogy már kis tömegű WIMP-eket (gyengén kölcsönható, nagy tömegű részecskék) is vizsgáljanak — ezek a legesélyesebb sötétanyag-jelöltek.
2022-ben egy tanulmányban összegezte azt is, mennyire fontos a különböző keresési módszerek – közvetlen detektálás, közvetett nyomok, részecskegyorsítók – összekapcsolása. Másként fogalmazva: nincs egyetlen csodakísérlet, amely önmagában meghozná a választ, az igazi áttörés csak szinergiával érhető el.
Mi az a WIMP?
A WIMP (gyengén kölcsönható, nagy tömegű részecske) az egyik legvalószínűbb jelölt a sötét anyag magyarázatára. Ezek az elméleti részecskék csak a gravitációval és a gyenge kölcsönhatással lépnek kölcsönhatásba, ezért annyira nehéz őket észlelni. A keresés során ultraérzékeny detektorokat hűtenek le közel abszolút nulla fokra, hogy minél tisztább jeleket kapjanak — még így is éveken át tartó megfigyelések kellenek, hogy akár egyetlen interakciót is rögzíteni tudjanak.
