Družica s grafitovou elektródou by mohla konečne nájsť temnú hmotu

Temná hmota je neviditeľná látka, ktorá je podľa teórie všade okolo nás. Astronomické pozorovania v podstate nedávajú zmysel na základe množstva hmoty, ktorú vidíme, čo viedlo astrofyzikov k vytvoreniu modelov, ktoré zahŕňali obrovské množstvo ďalšej hmoty, ktorú nevidíme. Táto zvláštna hmota interaguje s bežnou hmotou a svetlom len prostredníctvom svojho gravitačného vplyvu.

Vedci už desaťročia vykonávajú experimenty v snahe nájsť temnú hmotu, ale doteraz sa nepodarilo definitívne odhaliť žiadny signál. Fyzici zo Southamptonskej univerzity vyvinuli nové zariadenie, ktoré by mohlo túto záhadnú hmotu hľadať jedinečným spôsobom.

Experiment by prebiehal na malom vesmírnom satelite, takzvanom CubeSat, ktorý má rozmery len 10 x 10 x 7 centimetrov a hmotnosť 1,5 kilogramu. Vo vnútri by sa nachádzal malý list grafitu s hmotnosťou približne 1 gram, ktorý sa levituje pomocou magnetickej pasce. Laser sa vysiela smerom k detektoru fotónov na opačnej strane, pričom plávajúci grafit blokuje svetlo.

Predstava je taká, že keď vlny temnej hmoty na obežnej dráhe preplávajú cez satelit, ich gravitačný vplyv rozkýve levitujúci grafit. To by spôsobilo, že by sa do detektora odrazilo rôzne množstvo svetla, čo by tímu umožnilo určiť prítomnosť a zistiť vlastnosti temnej hmoty.

„Takže ako satelit obieha okolo Zeme, a následne cez temnú hmotu, o ktorej sa predpokladá, že je prítomná v galaxii, naše pasce - namierené v troch rôznych smeroch - by prijímali rôzne množstvo toku temnej hmoty,“ povedal Tim Fuchs, fyzik zo Southamptonskej univerzity. „Dráhy Slnka a Zeme cez galaxiu spôsobujú, že sa vzhľadom na dráhu temnej hmoty nachádzame v určitej rýchlosti. Mohli by ste to vnímať ako „vietor z temnej hmoty“, ktorý tlačí náš grafit ako plachtu s periodickými zmenami pozdĺž obežnej dráhy.“

Existuje mnoho rôznych foriem, ktoré by temná hmota mohla mať, s rôznymi charakteristikami, vrátane jej hmotnosti, toho, ako reaguje na sily, ako je elektromagnetizmus, a ako silno interaguje s bežnou hmotou alebo dokonca s inými časticami temnej hmoty. V priebehu desaťročí sa na základe teoretických vlastností uskutočnili rôzne experimenty zamerané na hľadanie konkrétnych typov.

Jedna z metód hľadania predpokladá, že temná hmota veľmi zriedkavo interaguje s bežnou hmotou. Rôzne predchádzajúce experimenty sú určené na hľadanie týchto kandidátov, známych ako slabo interagujúce častice hmoty, vo vnútri obrovskej nádrže s kvapalným xenónom. Tá je izolovaná proti akémukoľvek vonkajšiemu rušeniu tým, že je umiestnená v kryogénnej komore, ktorá je ponorená do nádrže s vodou, ktorá je pochovaná pod horou. V zriedkavých prípadoch, keď slabo interagujúca častica hmoty narazí na atóm xenónu, vydá záblesk svetla, ktorý zachytia citlivé detektory v okolí nádrže.

Pri týchto experimentoch sa však v priebehu rokov zatiaľ nepodarilo nič odhaliť. Ale možno je to preto, že temná hmota v skutočnosti interaguje s bežnou hmotou častejšie, ako jej pripisujeme. Hľadanie tejto verzie temnej hmoty by mohlo byť vhodnejšie pre vesmírne experimenty, kde je fyzicky menej vecí, do ktorých by mohla naraziť.

„Ak existuje dostatočná hustota častíc temnej hmoty, ktoré majú dostatočne vysokú mieru interakcie, boli by pred pozemskou detekciou chránené buď atmosférou, alebo iným typom režijnej záťaže - t. j. horami, ktoré chránia experimenty pred inými signálmi, ako napríklad pri experimentoch s kvapalným xenónom v talianskych Alpách,“ povedal Fuchs.

Samozrejme, existuje veľká šanca, že ani tento satelitný experiment temnú hmotu neodhalí, ale ak bude viac tímov pátrať na viacerých miestach, zvýšia sa naše šance, že túto nepolapiteľnú látku jedného dňa nájdeme.

Očakáva sa, že družica bude vypustená na obežnú dráhu začiatkom budúceho roka, kde bude dva roky vykonávať svoje experimenty. Tím pritom opisuje svoj projekt vo videu, ktoré si môžete pozrieť na začiatku článku alebo priamo TU.