Ciemna materia zdaje się oddziaływać na materię zwyczajną jedynie grawitacyjnie. Nie sposób jednak zaobserwować jej cząstek, które nie wchodzą w interakcje ani z materią zwyczajną, ani ze światłem. To ogromna zagadka, bowiem wszystkie obliczenia wskazują, iż ciemnej materii jest kilkukrotnie więcej we wszechświecie niż materii zwyczajnej, z której zbudowane są galaktyki, gwiazdy, planety i my sami. Świadomość tego, że obserwujemy jedynie niewielki wycinek otaczającego nas wszechświata zmusza nas do pokory wobec oceany naszej niewiedzy.
Naukowcy poszukujący ciemnej materii w ramach eksperymentu naukowego LUX-ZEPLIN (LZ) poinformowali właśnie, że udało im się znacząco ograniczyć właściwości hipoteteycznej ciemnej materii.
Jedna z popularniejszych hipotez wskazywała dotychczas, że ciemna materia składa się z słabo oddziałujących masywnych cząstek (WIMP, ang. weak interacting massive particles). Detektor LZ pozwolił badaczom ostatnio określić możliwe granice właściwości tych cząstek.
Czytaj także: Z czego składa się ciemna materia? Odległa galaktyka daje nam wskazówkę
W ramach LZ, do poszukiwania ciemnej materii naukowcy wykorzystują jaskinię położoną ponad kilometr pod ziemią w centrum Sanford Underground Research Facility w Dakocie Południowej. Jest to niezwykle czuły detektor wypełniony 10 tonami czystego ksenonu. Przyglądając się mu uważnie, naukowcy poszukują jąder atomowych, których ruch mógłby wskazywać na to, że poruszają się rykoszetem po uderzeniu przez cząstkę WIMP, która uderzyła w ciecz znajdującą się w detektorze.
W przypadku cząstek WIMP naukowcy skupiają się na ich przekroju poprzecznym. Naukowcy stworzyli detektor na tyle czuły, że teoretycznie powinien być w stanie zarejestrować cząstkę, gdyby miała takie rozmiary, jakie dotychczas zakładano.
Brak detekcji wskazuje, że cząstki WIMP albo nie istnieją, albo mają średnicę co najmniej pięciokrotnie mniejszą, niż dotychczas zakładano.
Warto tutaj jednak podkreślić, że jak na razie przeanalizowano dane zebrane w detektorze LZ na przestrzeni 280 dni. Projekt zakończy się jednak po przeanalizowaniu danych z okrągłego tysiąca dni. Wyniki całego eksperymentu zostaną zatem opublikowane dopiero w 2028 roku.
Czytaj także: Wszechświat jest jak ser szwajcarski. Ciemna materia składa się z mikroskopijnych czarnych dziur
Sytuacja jest zatem niezwykle intrygująca. Wciąż nie wiemy, czym jest ciemna materia, ale powoli eliminujemy kolejne możliwości. Nie ma jeszcze pewności, że ciemna materia nie składa się z cząstek WIMP, ale zawężamy stopniowo granice rozmiarów, w których te cząstki mogą się przed nami ukrywać.
Naukowcy już teraz planują wykorzystać nowe narzędzia analityczne w celu poszukiwania ciemnej materii o jeszcze mniejszej masie. Ba, badacze planują już budowę nowego detektora ciemnej materii o nazwie XLZD.
Krok po kroku być może uda się naukowcom dojść do tego, z czego tak naprawdę składa się ciemna materia, jeżeli w ogóle ona faktycznie istnieje. Zawsze wszak istnieje prawdopodobieństwo, że pojawi się nowe wyjaśnienie zachowania materii w galaktykach, które nie będzie wymagało istnienia żadnej ciemnej materii. Na rozstrzygnięcie tej zagadki przyjdzie nam jednak jeszcze trochę poczekać.