Experiment SuperCDMS dosáhl teploty blízko absolutní nuly, otevírá cestu k odhalení 85 % hmoty vesmíru

Mezinárodní vědecká spolupráce, včetně Northwestern University, dosáhla klíčového milníku v hledání temné hmoty, záhadné substance, která tvoří přibližně 85 % veškeré hmoty ve vesmíru.

Mezinárodní vědecká spolupráce, včetně Northwestern University, dosáhla klíčového milníku v hledání temné hmoty, záhadné substance, která tvoří přibližně 85 % veškeré hmoty ve vesmíru. Experiment Super Cryogenic Dark Matter Search (SuperCDMS), umístěný dva kilometry pod zemí v kanadském SNOLAB, se ochladil na svou provozní teplotu, což je jen tisíciny stupně nad absolutní nulou. Tato extrémní teplota je přibližně stokrát nižší než teplota hlubokého vesmíru.

Extrémní chlad je nezbytný pro eliminaci tepelného šumu z vibrujících atomů, což vědcům umožní potenciálně izolovat neuvěřitelně drobné signály temné hmoty. Dosažením tohoto milníku projekt přechází z fáze výstavby experimentu do přípravy na samotné hledání. Vědci nyní mohou zapnout detektory temné hmoty, jejichž supravodivé senzory fungují pouze při extrémně nízkých teplotách. Pokud zařízení bude fungovat správně, mělo by dosáhnout nejvyšší úrovně citlivosti pro detekci nízkoenergetických částic, které mají přibližně polovinu hmotnosti jediného protonu.

„Dosažení této ultrachladné teploty znamená, že náš experiment překročil hlavní práh,“ uvedl Enectali Figueroa-Feliciano z Northwestern University. „Detektory jsou nyní dostatečně chladné, abychom je mohli začít kalibrovat a připravit se na první hledání temné hmoty. Detekce temné hmoty by nejen odhalila identitu většiny hmoty vesmíru, ale pravděpodobně by byla klíčem k nové oblasti částicové fyziky.“

Spolupráce, zahrnující 24 institucí, navrhla SuperCDMS k detekci lehkých částic temné hmoty, které interagují s běžnou hmotou tak slabě, že se dosud vyhýbaly přímé detekci. K zachycení těchto nepolapitelných částic experiment využívá ultračisté křemíkové a germaniové krystaly vybavené supravodivými senzory. Pokud by se částice temné hmoty srazila s jedním z těchto krystalů, měla by vyvolat drobné vibrace a elektrické signály, které senzory dokážou detekovat. Předtím, než vědci dokážou rozpoznat skutečnou interakci temné hmoty, musí přesně pochopit, jak detektory reagují na známé interakce částic. V tomto ohledu přispěla Northwestern University a Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) vedením experimentu NEXUS, který měří odezvu detektorů na známé částicové interakce. NEXUS, umístěný 106 metrů pod zemí ve Fermilabu, je chráněn před kosmickým zářením, které by mohlo rušit drobné signály temné hmoty. Vědci zde využívají neutronový paprsek k simulaci interakcí očekávaných v experimentu SNOLAB, což je klíčové pro kalibraci detektorů a rozlišení signálů temné hmoty od běžných částic pozadí.

Kromě hledání temné hmoty umožní SuperCDMS vědcům prozkoumat dříve nepřístupné energetické škály díky své bezprecedentní citlivosti a možná dokonce odhalit zcela nové druhy částicových interakcí. S mnoha dalšími senzory na detektor, novými simulačními nástroji a rekonstrukcí s podporou umělé inteligence budou data mnohem bohatší, než se původně plánovalo, což slibuje nové vědecké objevy od prvního dne.