August 11, 2022

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Dies ist der „sauberste Ort der Welt“, an dem Wissenschaftler nach mysteriöser dunkler Materie suchen

Was ist dunkle Materie? Die Antwort ist einfach: Niemand weiß es. Es ist eines der großen Geheimnisse der Wissenschaft. Wissenschaftler suchen seit Jahrzehnten nach Hinweisen dazu. Das geheimnisvolle Element 25 % des Universums bestehen daraus.

Aber wie sucht man etwas, von dem man nicht einmal weiß, was es ist? Unsichtbar? Für all diese, wenn es so schwer zu finden ist, warum eine so komplizierte Aufgabe übernehmen?

Diese Fragen inspirierten einen Großteil der Gruppe 250 Forscher Von mehreren Ländern, die kürzlich erste Ergebnisse eines ehrgeizigen Projekts veröffentlicht haben, hoffen sie, endlich Anzeichen von Dunkler Materie zu finden.

Wenn es sich um LUX-ZEPLIN (LZ) handelt, a Modernstes Labor 1,5 Kilometer unter der Erde in einer verlassenen Goldmine in Lead, South Dakota, USA.

Die Idee, dass es unterirdisch ist, bedeutet, dass es vom größeren Maßstab isoliert ist Strahlung und Staub kann eine Kontamination erzeugen, die die Suche nach dunkler Materie verhindert.

Dies ist die detaillierteste Karte der Verteilung der Dunklen Materie im Universum. Helle Regionen stellen Punkte hoher Konzentration dar, an denen sich Galaxien bilden.Observatorium für Dunkle Energie

Laut seinen Entwicklern ist LZ ein Detektor für dunkle Materie Überempfindlichkeit Das ist gebaut. Dafür konnten sie den Innenraum des LZ bauen „Der reinste Ort der Welt“.

„Das Zentrum des Detektors Wie der Geist eines buddhistischen Mönchs“, sagt BBC Mundo Samkaur Kak, LZ-Forscher und Professor am Institut für Physik und Astronomie des University College London, Vereinigtes Königreich.

Der Detektor ist so ausgelegt, dass er ein Signal aufnimmt sehr schwach, was für ein Teilchen dunkler Materie sein könnte. Es ist so „Inmitten des stillen Feldes aufmerksam zuhören“Wie die Macher von LZ auf ihrer Website sagen:

Wie funktioniert LZ, wie sucht es nach dunkler Materie? Was, wenn er sie findet?

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Derzeit wissen wir nur, woraus 5 % des Universums bestehen. Diese 5 % entsprechen gewöhnlichen Dingen, die wir sehen oder berühren können. Die Teilchen, aus denen diese gewöhnliche Materie besteht, werden in sogenannten beschrieben Standardmodell. Das 95 % Restmaterial Es ist ein Mysterium.

Niemand hat jemals dunkle Materie gesehen, aber ihre Auswirkungen sind im Universum zu spüren
Niemand hat jemals dunkle Materie gesehen, aber ihre Auswirkungen sind im Universum zu spürenGETTY IMAGES

Physiker und Astronomen bezweifeln diesen Prozentsatz, a 70 % Dunkle Energie und 25 % Dunkle Materie. Dunkle Energie ist eine Form von abstoßender Kraft Expansion des Universums.

Dunkle Materie ist ihrerseits ein unsichtbares „Etwas“, das wie ein Magnet wirkt Hält die Galaxien zusammen. Astronomische Beobachtungen haben gezeigt, dass Galaxien viel schneller rotieren als auf ihrer Basis erwartet Kenne den Monat.

Berechnungen zeigen, dass die mit dieser Masse verbundene Schwerkraft nicht ausreicht, um die Galaxien zusammenzuhalten, also muss es „etwas“ geben, das ihnen Masse hinzufügt, also zusätzliche Schwerkraft und Verhindert, dass es in den Weltraum geschossen wird.

Dieses „Etwas“, das diese zusätzliche Gravitation erklärt, ist dunkle Materie. Weil es Dunkelheit genannt wird Emittiert, reflektiert oder absorbiert kein Licht Sehr schwer zu bemerken.

Deshalb haben Wissenschaftler bisher das einzige Zeichen seiner Existenz GravitationseffektDunkle Materie wirkt zum Beispiel auf gewöhnliche Materie ein, aus der Sterne und Galaxien entstehen.

Das LZ-Observatorium soll dunkle Materie nachweisen
Das LZ-Observatorium soll dunkle Materie nachweisenLZ

Im Laufe der Jahrzehnte wurden verschiedene Ideen entwickelt, um zu erklären, woraus dunkle Materie besteht, aber immer noch Es gibt keine endgültige Antwort. Eine Möglichkeit ist, dass es erstellt wurde „Supersymmetrische Teilchen“, das sind imaginäre Teilchen, die Paare bilden, die gewöhnliche Materie bilden.

Und es gibt einen weiteren Kandidaten, um zu erklären, woraus dunkle Materie besteht. Es geht um Schwach, ein imaginäres Teilchen, das LZ erkennt. Laut NASA sind WIMPs die führenden Kandidaten für die Erklärung der Dunklen Materie. WIMP steht für englische Initialen Schwach wechselwirkendes massives Teilchen.

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Es wird angenommen, dass sich WIMPs nach dem Urknall auf natürliche Weise gebildet haben, und es muss viele von ihnen gegeben haben. Eine Erklärung für dunkle Materie.

Diese WIMPs haben Potenzial Das Universum durchdringen und sogar gewöhnliche Materie passieren, aber in seltenen Fällen kann einer von ihnen mit dem Kern eines Atoms kollidieren. LZ ist Jagd Genau in diesem Moment…

Das Prinzip, nach dem LZ arbeitet, ist einfach. Es ist ein mit Titan gefüllter Tank 10 Tonnen hochreines flüssiges Xenon.

Die Forscher entschieden sich für Xenon, weil es als Edelgas sehr hoch gereinigt werden kann. Entfernen Sie die meisten Verunreinigungen. Das Experiment beinhaltet die Beobachtung von Partikeln, die durch den Weltraum reisen, bis sie die Mitte des Tanks erreichen.

Einige dieser Partikel mit dem Kern kollidieren Eines der Xenon-Atome ist wie zwei Billardkugeln. Wenn dieser Schock eintritt, A Ein Lichtblitz Es wird von den Sensoren von LZ erkannt.

Die Aufgabe besteht also darin, nach einer Kollision die Eigenschaften des erzeugten Lichts zu analysieren und anhand der Analyse herauszufinden, welche Art von Teilchen mit dem Xenon-Atom kollidiert ist.

Das LZ ist mit Lichtsensoren ausgestattet, um Partikelkollisionen zu erkennen
Das LZ ist mit Lichtsensoren ausgestattet, um Partikelkollisionen zu erkennenLZ

mit Geduld eines buddhistischen Bhikkhu, glauben LZ-Forscher, wird irgendwann ein WIMP sein, der den Tiefpunkt erreicht und mit dem Kern eines Xenon-Atoms kollidiert. LZ nahm seine Arbeit im April auf, und seine ersten Ergebnisse wurden Anfang Juli veröffentlicht Sie haben es nicht erkannt Spuren dunkler Materie.

Eine der größten Herausforderungen von LZ besteht darin, zu verhindern, dass unerwünschte Partikel in den Schadstofftank gelangen. VerwirrtheitOder verhindern Sie, dass Sie einen plötzlichen WIMP sehen.

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Wenn es einen WIMP gibt, ist das Ziel, bis dahin die gesamte Arena zu zerstören. Ende zu zeigen. Daher ist es wichtig, dass das LZ unterirdisch ist. Kosmische Strahlen bombardieren weiterhin die Atmosphäre des Planeten und erzeugen Partikel, die einen Detektor wie den LZ erreichen können. Unerwünschte Signale.

Zwei LZ-Ermittler inspizieren den Xenon-Tank auf mögliche Staubpartikel.
Zwei LZ-Ermittler inspizieren den Xenon-Tank auf mögliche Staubpartikel.LZ

1,5 km unter der Erde werden große Mengen an Partikeln verhindert. Einige schaffen es vielleicht bis zum Tank, aber die Chancen stehen gut 10 Millionen Mal kleiner.

Warum nach dunkler Materie suchen?

„Der Nachweis von Dunkler Materie könnte helfen, das Problem zu lösen Masse verloren“, sagt Kak. „Es ist gleichbedeutend damit, zu verstehen, woraus es besteht Fast 30% des Universums“.

Kock bemerkt auch: „Das erste Fenster, das man sich ansehen muss, ist, das Thema zu verstehen oder zu entdecken Jenseits des StandardmodellsEs ist jetzt ein geschlossener Raum.

Das Standardmodell ist die beste Beschreibung der Teilchen und Kräfte, aus denen alle gewöhnliche Materie besteht. Dieses Modell erklärt jedoch nur, was in der Nähe getan wurde 5% des Universums. Eine weitere Frage, die sich stellt, ist, ob mit dem Nachweis dunkler Materie diese nutzbar gemacht werden kann durch Macht.

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In diesem Zusammenhang haben die Macher von LZ „it Nicht möglich Wir können die Kraft der Dunklen Materie für die kommenden Jahrhunderte nutzen.“

„Es ist nicht klar, welche Vorteile zukünftige Generationen aus der Nutzung der Dunklen Materie ziehen werden, aber diese Dinge existieren. bemerkenswert unberechenbar.“ Aber abgesehen von der Hauptaufgabe des LZ ist das Labor selbst eine Fortschritte in Wissenschaft und Technik.

Seine Strahlungs- und Sensoranalysetechniken führen zu Innovationen in der pharmazeutischen Lebensmittelindustrie Algorithmisches System Sie können in Bereichen wie der Nuklearmedizin eingesetzt werden.

„Aber das größte Gut für die Menschheit ist Wissen“, sagen die Macher von LZ. „Wir sind eine neugierige Spezies, die darauf programmiert ist, zu wissen So funktioniert es Die Welt um uns herum“.

Von Carlos Serrano

BBC-Nachrichtenwelt