Začalo nové podzemní pátrání po záhadné temné hmotě

Vědci se domnívají, že 85 procent hmoty vesmíru tvoří temná hmota, zatím se jim to však nepodařilo prokázat. A neví se, co přesně je zač. Pomyslný závod o vyřešení této záhady přivedl jeden tým do hlubin pod městečko Lead v Jižní Dakotě.

Otázka pro vědce je jednoduchá, jak tvrdí fyzik Kevin Lesko z Národní laboratoře Lawrence Berkeleyho. „Co tvoří prostor, v němž žijeme? Momentálně 95 procent z toho je záhadou,“ říká badatel.

Myšlenka v pozadí experimentu je, že míle hlíny a kamene, ohromná nádrž a v té ještě jedna vyrobená z nejčistšího titanu na světě odstíní téměř všechno kosmické záření a částice, které kolem nás –⁠ a skrz nás –⁠ poletují každý den.

Vědci ale věří, že částice temné hmoty všechny tyto překážky překoná a vletí do kádě s kapalným xenonem ve vnitřní nádrži, narazí do xenonového jádra jako dvě koule při kulečníku –⁠ a odhalí svoji existenci světelným zábleskem zachyceným zařízením, které se nazývá „komora pro promítání času“.

Odborníci minulý týden ve čtvrtek oznámili, že pětiletý výzkum za 60 milionů dolarů (v přepočtu asi 1,45 miliardy korun) začal před dvěma měsíci po odkladu, který způsobila pandemie covidu-19. Doposud zařízení nenalezlo nic, alespoň ne žádnou temnou hmotu.

To je nicméně podle týmu v pořádku. Vypadá to, že vybavení úspěšně filtruje většinu záření, které chtějí výzkumníci blokovat.

„Při pátrání po této velmi vzácné interakci je nutným prvním krokem zbavit se všech běžných zdrojů záření, které by narušilo experiment,“ vysvětlil fyzik z Marylandské univerzity Carter Hall.

Pokud jsou všechny výpočty a teorie správné, předpokládají vědci, že spatří jen několik letmých stop temné hmoty ročně. Tým 250 výzkumníků ale odhaduje, že v příštích několika letech nasbírají 20krát tolik dat.

Ve chvíli, kdy tento experiment skončí, bude šance na nalezení temné hmoty pomocí tohoto přístroje „nejspíš méně než 50 procent, ale více než 10 procent“, jak poznamenal Hugh Lippincott, fyzik a mluvčí experimentu LUX-ZEPLIN.

A i když to má daleko k jistotě, „potřebujete trochu nadšení“, podotkl Lesko. „Člověk se nepouští do vzácného fyzikálního výzkumu bez naděje, že něco najde,“ dodal.

Vědce do prostoru Sanfordského podzemního výzkumného zařízení dopravují zdvihací plošiny ze 30. let minulého století. Desetiminutový sestup končí v tunelu se studenými stěnami pokrytými pletivem. Stará důlní chodba ale vede do moderní laboratoře. Při vstupu je třeba vyměnit si helmu za jinou, čistou, aby nedošlo ke kontaminaci, a přes obuv si navléct dvě ochranné vrstvy.

Srdcem pokusu je velký kryostat. Podle vrchního technika Jeffa Cherwinky je navržen jako „termoska“ vyrobená z čistého titanu, tak aby udržela kapalný xenon uvnitř chladný a maximálně odstínila vnější záření. Xenon umožňuje výzkumníkům snadněji pozorovat, když se něco srazí s jeho jádrem.

Tentýž tým vědců na tomto místě prováděl podobný, menší experiment již před lety. Po neúspěchu usoudil, že musí rozšířit jeho kapacitu. Podobný experiment s názvem XENON1T provádí konkurenční tým v Itálii, zatím ale rovněž neoznámil patřičné výsledky.

Vědci se obecně snaží pochopit, proč vesmír není takový, jakým se zdá být. Částí tohoto tajemství je temná hmota, která tvoří zdaleka nejvíce hmoty ve vesmíru. Astronomové vědí o její existenci díky zkoumání hvězd a jiné běžné hmoty v galaxiích, u nichž usuzují, že nemají dostatek gravitace na to, aby držely pohromadě.

„Kdyby neexistovalo nic jiného, galaxie by se rychle rozletěly,“ uvádí jeden z výzkumníků Aaron Manalaysay, který doplnil, že „je v podstatě nemožné chápat vývoj vesmíru bez temné hmoty“.

Tudíž ačkoli je o existenci temné hmoty jen málo pochybností, její podstata je velmi neznámá. Experiment LUX-ZEPLIN by ji mohl odhalit v případě, že její existence souvisí s tzv. slabě interagujícími hmotnými částicemi (anglická zkratka WIMPs), které v současnosti představují nejpravděpodobnější řešení problému.