Hluboké tajemství temné hmoty, látky tvořící 85 % hmotnosti vesmíru. Gravitační účinky temné hmoty jsou patrné při utváření galaxií a hvězd.
Ačkoli experiment zatím nezaznamenal žádné zásahy částic temné hmoty, experimentu LUX-ZEPLIN (LZ) se podařilo zúžit oblast a přiblížit se tak k vyřešení této kosmické záhady.
Neviditelná síla, která ovládá náš vesmír
Nevyzařuje ani nepohlcuje světlo jako běžná hmota, která vytváří hvězdy, planety a lidi. Lze na ni usuzovat pouze z jevů, jako je rychlost rotace galaxií nebo ohyb světla kolem masivních objektů zvaný gravitační čočkování.
Bez temné hmoty by se tyto jevy zdály být zcela v rozporu se známými přírodními zákony. Odhalení tajemství temné hmoty by mohlo zcela změnit naše chápání vesmíru. Přestože její přesná podoba stále není známa, jedna z hlavních hypotéz předpokládá, že je tvořena slabě interagujícími hmotnými částicemi (WIMP).
Související článek
Pokud se to prokáže, tyto částice interagují s normální hmotou tak slabě, že je nebude snadné detekovat. Takové potvrzení by také výrazně zlepšilo pochopení základních sil, které utvářejí vesmír, a toho, jak se galaxie formovaly a vyvíjely v průběhu miliard let.
Průkopnický výzkum temné hmoty pod povrchem Země
Experiment LZ v podzemním výzkumném zařízení Sanford v Jižní Dakotě, visícím přibližně 1500 m pod povrchem Země, je jednou z nejškodlivějších konstrukcí detektorů temné hmoty na světě. Jeho odlehlé, chráněné místo chrání experiment před rušivými vlivy kosmického záření a záření pozadí a poskytuje nejlepší prostředí pro hledání nejslabších signálů temné hmoty.
Ústředním bodem tohoto výzkumu je masivní nádrž, v níž je umístěno sedm tun temného kapalného xenonu. Základní princip fungující v LZ je poměrně jednoduchý, i když převratný: když částice temné hmoty působí na jádro xenonu, byť jen nepatrně, může vyvolat záblesk světla a uvolnit elektrony, přičemž 494 vysoce citlivých světelných senzorů na detektoru tyto interakce zachytí a odliší tak ty, které vypadají a tvrdí, že jsou signály temné hmoty, od všech přirozených zdrojů záření.
První plný vědecký běh LZ probíhal od prosince 2021 do května 2023, během něhož detektor zaznamenal dalších 280 dní dat. Tato studie sice neodhalila známky temné hmoty, ale omezila možné hmotnosti a síly interakcí částic, čímž zúžila budoucí experimentální výsledky. Ty odrážejí jedinečnou citlivost LZ a nastiňují jasnější cestu vpřed pro sondy do dosud neznámých území hypotézy temné hmoty.
Detektor nové generace
Předchůdci skutečného vědeckého pokroku musí únorové šance považovat nikoli za zklamání, ale za upevnění pokroku. Data LZ omezují nepřípustné rozsahy hmotností WIMPů a směřují budoucí pátrání do těchto malých, nepatrných oblastí, kde mají větší šanci.
Další generace, téměř desetkrát větší než LZ, XLZD je na cestě, s lepší citlivostí a prostorem pro výzkum. Další cesty, jako je teleskop Euclid Evropské kosmické agentury, sledují jiný úhel pohledu, většinou zkoumají struktury ve vesmíru s cílem pochopit podíl temné hmoty na vesmíru.
Mezitím probíhá spousta laboratorních prací, jejichž cílem je vyvinout metody, jak ji vyjmout a zjistit, co všechno se dá ještě udělat. Výzkum temné hmoty přispívá k interdisciplinárnímu pohonu: kromě astrofyziky a částicové fyziky přichází na řadu i pokročilé inženýrství, které nám otevírá nové obzory v chápání věcí.
Každý průběžný experiment je krokem dál k pochopení základních složek hmoty vesmíru. Zůstává z větší části jednou z největších záhad vědy, že temná hmota zůstává. Samozřejmě se zatím nepodařilo objevit její částice, experiment LUX-ZEPLIN však posunul hledání tím, že vyloučil některé nepravděpodobné scénáře.
Nové experimenty, jako je XLZD, pozorovací mise, od nichž si slibujeme, že se stále více přibližují k odhalení tajemství temné hmoty – zejména sil, které utvářejí náš vlastní vesmír a odhalují realitu mnohem složitější a podivuhodnější, než je lidské vnímání.