Vědci pátrají po temné hmotě 2 kilometry pod zemí, detektory ochladili na teploty nižší než ve vesmíru

Vědci z University of Minnesota Twin Cities (UMTC) dosáhli významného pokroku v pátrání po temné hmotě.

Vědci z University of Minnesota Twin Cities (UMTC) dosáhli významného pokroku v pátrání po temné hmotě. Úspěšně ochladili experiment Super Cryogenic Dark Matter Search (SuperCDMS) na teploty stokrát nižší než ve vesmíru, jen tisíciny stupně nad absolutní nulou, tedy desítky milikelvinů. To umožnilo zapnout 24 ultra-citlivých detektorů z ultračistého křemíku a germania, které jsou nyní připraveny hledat nepolapitelnou temnou hmotu. Za těchto podmínek ustává atomový a molekulární pohyb, což je klíčové pro detekci extrémně slabých signálů.

Temná hmota tvoří přibližně 85 procent veškeré hmoty ve vesmíru, ale nikdy nebyla přímo detekována, protože nevyzařuje, neabsorbuje ani neodráží elektromagnetické záření. Vědci se domnívají, že tyto neviditelné částice, známé jako slabě interagující masivní částice (WIMP), neustále procházejí Zemí, ale jejich signály jsou extrémně slabé. Detektory SuperCDMS jsou navrženy tak, aby měřily i ty nejmenší energetické depozity, což je možné pouze při ultra-nízkých teplotách, kde je téměř eliminován tepelný šum.

Experiment se nachází v SNOLABu, výzkumném zařízení pohřbeném přibližně 2 kilometry pod zemí v aktivním niklovém dole poblíž Sudbury v Kanadě. Tato extrémní hloubka chrání detektory před kosmickým zářením a jiným pozadím, které by mohlo zastínit potenciální signály temné hmoty. Tým vybudoval speciální nízko-pozadí stínění, čtyřmetrový válec z ultračistého olova pro blokování gama záření a polyethylenu s vysokou hustotou pro absorpci neutronů.

Kromě hardwaru vyvinul tým také pokročilé techniky analýzy dat, aby dokázal identifikovat potenciální interakce temné hmoty, jakmile začnou proudit data. Nové rekonstrukční algoritmy, vedené Yanem Liuem z UMTC, jsou schopny rychle extrahovat vzácné signály z šumu pozadí. Další fází bude kalibrace a optimalizace každého detektorového kanálu před zahájením plnohodnotného sběru dat. Ačkoliv je primárním cílem detekce temné hmoty, experiment SuperCDMS by mohl otevřít dveře zcela nové fyzice, zkoumáním neměřených energetických rozsahů a vzácných izotopů a interakcí částic. Nabízí výjimečnou citlivost pro kandidáty na temnou hmotu s nízkou hmotností, včetně částic podobných WIMPům, axionům, temných fotonů a lehce ionizujících částic.