Cukier na tropie ciemnej materii. Fizyków zaskoczył tani detektor

Od dziesięcioleci naukowcy poszukują ciężkich cząstek ciemnej materii, ale żadna metoda nigdy nie była w stanie ich wykryć. Projekt SWEET został opracowany przez zespół badaczy, żeby wykorzystać kryształy cukru w ​​celu wykrycia hipotetycznych lekkich cząstek ciemnej materii.

Ponieważ cukier składa się z trzech pierwiastków o jądrach o różnej wielkości, zwiększa to zakres cząstek ciemnej materii, z którymi może oddziaływać, a tym samym je wykrywać.

Dekady eksperymentów utknęły w martwym punkcie w poszukiwaniu słabo oddziałujących masywnych cząstek (WIMP), uważanych za ciężkie cząstki ciemnej materii, które pojawiły się u początków wszechświata.

Naukowcy uważają, że istnieje możliwość, iż ciemna materia istnieje w postaci lżejszych cząstek typu WIMP, jak wyjaśnia Popular Mechanics. Mają być one lżejsze od protonu, a ich oddziaływania mają być tak łatwo zagłuszane przez szum, że są niezwykle trudne do wykrycia. Znalezienie tych cząstek wymaga odpowiedniej cząsteczki.

Zespół badawczy z Instytutu Fizyki Maxa Plancka twierdzi, że sekret może kryć się w postaci cukru. W przeciwieństwie do czystego wodoru, często używanego do badania ciemnej materii, sacharoza zawiera 22 atomy wodoru w cząsteczce. Taka gęstość zwiększa prawdopodobieństwo zderzenia z cząstkami ciemnej materii.

Naukowcy z projektu SWEET są szczególnie zainteresowani zróżnicowaną wielkością jąder atomów węgla, wodoru i tlenu, które tworzą sacharozę, oraz tym, jak mogą one zderzać się z cząsteczkami ciemnej materii o bardziej zróżnicowanej masie, a tym samym je wykrywać.

W ramach eksperymentu wyhodowano kryształy cukru z wysoce nasyconego roztworu sacharozy i wody dejonizowanej. Po odparowaniu wody, "najdoskonalsze" z tych pojedynczych kryształów schłodzono do zera absolutnego i wyposażono w niezwykle czułe czujniki.

Detektor światła na czujniku wykazał, że cukier emituje światło scyntylacyjne o wysokiej energii, co pomaga w filtrowaniu szumu tła i identyfikacji sygnałów, gdy cząsteczki oddziałują ze sobą. Po 19 godzinach zbierania danych zespół stwierdził, że jego kriogeniczny detektor cukru był w stanie identyfikować impulsy cieplne pochodzące z interakcji cząstek – mimo że nie były w nie zaangażowane żadne cząstki ciemnej materii.

– Interakcje cząstek wewnątrz kryształu zostały pomyślnie wykryte i wykazały normalne kształty impulsów, co wskazuje, że materiał reaguje w sposób spójny i mierzalny – stwierdzili naukowcy. – To zachowanie sugeruje, że cukier pozostaje obiecującym materiałem potencjalnym, wartym dalszych badań.