Descoperire uriașă sub unul dintre cele mai aride locuri de pe Pământ. Două rezerve mari de apă, găsite în Taklaman
Publicat acum 2 ore si 36 minute
O echipă internațională de oameni de știință a declarat că a detectat un semnal interesant care ar putea sugera existența materiei întunecate, oferind un indiciu ce ar putea aduce misterul substanței evazive cu un pas mai aproape de rezolvare, scrie CNN.
Materia întunecată reprezintă aproximativ 85% din toată materia din univers și este de aproximativ cinci ori mai abundentă decât materia obișnuită, care alcătuiește stelele, planetele și tot ceea ce oamenii de știință pot vedea. Materia întunecată este invizibilă deoarece nu absoarbe și nu reflectă lumina, dar interacționează cu materia obișnuită, iar efectele sale gravitaționale sunt necesare pentru a explica structura universului.
Timp de aproape o jumătate de secol, de când astronomii americani Vera Rubin și W. Kent Ford au furnizat unele dintre cele mai puternice dovezi ale existenței materiei întunecate, oamenii de știință au încercat să identifice substanța nevăzută, mai recent folosind dispozitive sofisticate concepute pentru a detecta potențiali candidați.
Unul dintre aceste dispozitive este experimentul LUX-ZEPLIN, sau LZ, un detector care conține 7 tone metrice active de xenon lichid, aflat într-o fostă mină de aur aflată la aproape 1,5 kilometri sub suprafața Pământului, la Centrul de Cercetare Subteran Sanford din Dakota de Sud. Detectorul a înregistrat o interacțiune neobișnuită între particule în iunie 2023, care a generat o străfulgerare de lumină și o agitație precaută.
Foto: Matthew Kapust/Sanford Underground Research Laboratory via CNN Newsource
Colaborarea LZ este un grup internațional format din 250 de oameni de știință și ingineri din 39 de instituții. După luni de analiză, echipa estimează o probabilitate de doar 0,5% ca o sursă cunoscută de interferență să fi cauzat evenimentul, ceea ce face ca acest semnal să fie cel mai convingător indiciu al materiei întunecate înregistrat vreodată de instrument.
Totuși, în termeni științifici, afirmarea unei descoperiri necesită un grad mult mai mare de încredere.
„Un eveniment, în sine, nu este suficient”, a declarat Alvine Kamaha, profesor asistent de fizică la Universitatea din California, Los Angeles.
„Trebuie să vedem dacă apar evenimente suplimentare pe măsură ce colectăm mai multe date și dacă semnificația statistică a observației crește”, a spus Kamaha, un membru al colaborării LZ care a contribuit la construirea detectorului LZ.
Sam Eriksen, cercetător asociat senior în fizică la Universitatea din Bristol și membru al colaborării LZ, a prezentat concluziile pe 1 septembrie la conferința TeV Particle Astrophysics 2026 din Japonia, iar echipa a trimis un studiu spre publicare în revista științifică Physical Review Letters.
Cercetătorii lucrează deja la analize suplimentare care ar putea crește semnificația statistică a evenimentului. Pragul pentru a revendica o descoperire în fizica particulelor este cunoscut sub numele de „5-sigma”, ceea ce înseamnă o probabilitate de aproximativ 1 la 3,5 milioane de apariții statistice întâmplătoare, mai degrabă decât un indiciu real de materie întunecată.
Analiza este în prezent de „2,6-sigma”, sau o probabilitate de 1 la 200 de apariții întâmplătoare.
„O detectare definitivă a materiei întunecate ar fi o descoperire majoră. Știm că materia întunecată joacă un rol fundamental în formarea galaxiilor și în structura la scară largă a universului, dar încă nu știm ce este ea de fapt. Este interesant pentru că ar deschide un domeniu complet nou al fizicii particulelor”, a spus Kamaha.
Plantarea de semnale false de materie întunecată
Există mai mulți candidați pentru ceea ce ar putea fi materia întunecată, inclusiv găurile negre primordiale sau o particulă nedescoperită. Detectorii precum experimentul LZ caută o clasă de particule ipotetice numite particule masive cu interacțiune slabă, sau WIMP-uri.
Dacă există, WIMP-urile trec prin materia obișnuită fără a interacționa cu aceasta, iar un număr mare dintre ele ar putea trece neobservate printr-un corp uman în fiecare secundă. În cazuri rare, însă, o astfel de particulă s-ar putea ciocni de un nucleu atomic și ar produce un mic recul, exact genul de eveniment pe care experimentul LZ este conceput să îl detecteze.
Foto: Matthew Kapust/Sanford Underground Research Laboratory via CNN Newsource
Detectorul folosește xenon lichid extrem de purificat. Cercetătorii au selectat acest element deoarece atomii săi au nuclee grele, ceea ce îl face o țintă deosebit de sensibilă pentru WIMP-uri. Coliziunile din xenon produc semnale pe care detectorul le poate măsura cu ușurință.
Experimentul LZ este situat sub pământ și este echipat cu straturi protectoare care îl protejează de razele cosmice și alte surse de radiații, care ar putea produce semnale similare materiei întunecate. Cu toate acestea, acest zgomot de fond poate fi doar redus, nu eliminat.
„Vei fi întotdeauna într-o situație în care este posibil ca evenimentele care au loc în detectorul tău să se datoreze unor mecanisme mai convenționale”, a declarat Rick Gaitskell, profesor de fizică Hazard la Universitatea Brown din Providence, Rhode Island, și purtător de cuvânt al experimentului LZ.
Se consideră că potențialele coliziuni ale materiei întunecate sunt extrem de rare.
„Înțelegerea noastră este că materia întunecată interacționează atât de slab cu materialul convențional, încât chiar și într-un detector de amploarea experimentului LZ trebuie să căutăm perioade de luni sau ani pentru fiecare interacțiune”, a adăugat Gaitskell.
Colaborarea LZ a identificat evenimentul din 2023 printr-o analiză a 220 de zile de date, colectate între martie 2023 și aprilie 2024.
„Cercetătorii lucrează acum cu un set de date mai recent, care acoperă 700 de zile, sperând că acesta conține și alte coliziuni care ar putea ajuta la determinarea dacă evenimentul din 2023 a fost o interacțiune a materiei întunecate”, a spus Gaitskell
Pentru această analiză mai amplă, echipa introduce și tehnici de evitare a prejudecăților inconștiente, de exemplu prin inserarea de „evenimente sintetice” în date. Acestea par a fi interacțiuni reale cu materia întunecată pentru echipa de analiză și sunt eliminate doar după finalizarea analizei.
„O posibilă detectare aduce multă tensiune între entuziasmul experimentului care funcționează așa cum ne-am imaginat, și teama că am putea face greșeli sau pur și simplu am putea fi păcăliți de ceva rar și nou sau întâmplător care se întâmplă în detector”, a spus Kimberly Palladino, profesor de fizică la Universitatea Oxford din Anglia și membru al colaborării LZ.
„Este ca și cum ai fi îndrăgostit de cineva în adolescență, când îți spui să te porți cool, dar ai tendința să suprainterpretezi fiecare mic gest pe care îl face”, a spus el.
Totuși, Palladino a avertizat că istoria este, de asemenea, presărată cu experimente care au observat unul sau două evenimente inexplicabile care nu sunt niciodată pe deplin înțelese. Dacă noile date LZ conțin noi potențiale coliziuni ale materiei întunecate, experimente similare concepute pentru a detecta materia întunecată, cum ar fi XENONnT în Italia și PandaX-4T în China, ar putea oferi un test independent al rezultatelor.
Descoperirea materiei întunecate i-ar aduce pe oamenii de știință cu un pas mai aproape de înțelegerea din ce este alcătuit universul și a modului în care acesta a evoluat de la Big Bang până în prezent.
„Însă mult mai mulți oameni de știință vor trebui să studieze materia întunecată pentru a-i înțelege proprietățile într-o varietate de experimente diferite și apoi, folosind aceste informații, să efectueze simulări astrofizice ale universului nostru”, a adăugat Palladino.
„Există multe teorii despre ce poate fi materia întunecată și pot exista mai multe tipuri de materie întunecată”, a subliniat el.
Mai sunt multe de făcut și de învățat
„Detectarea potențială a materiei întunecate de către experimentul LZ este interesantă, dar necesită confirmare”, spune Tim MP Tait, profesor în cadrul departamentului de fizică și astronomie de la Universitatea din California, Irvine, care nu face parte din experiment.
„Doar timpul poate spune dacă vor observa mai multe evenimente pe măsură ce detectorul acumulează mai multe date sau dacă aceasta se va dovedi a fi o întâmplare statistică temporară”, a adăugat Tait.
El a menționat că evenimentul LZ a avut loc la o energie mult mai mare decât se așteaptă majoritatea modelelor pentru WIMP-uri, ceea ce înseamnă că materia întunecată s-ar putea „dovedi a fi mai ciudată și mai minunată decât ne-am imaginat inițial”.
Tracy Slatyer, profesor de fizică la Institutul de Tehnologie din Massachusetts, este de acord că sunt necesare analize suplimentare ale datelor pentru a înțelege dacă evenimentul LZ este materie întunecată.
Energia măsurată în evenimentul LZ indică cât de mult s-a retras nucleul de xenon din cauza potențialei interacțiuni cu materia întunecată.
„O particulă de materie întunecată de înaltă energie ar dezvălui deja destul de multe despre natura materiei întunecate și despre modul în care aceasta interacționează cu particulele obișnuite. Alte experimente ar putea ajuta la stabilirea mai precisă a proprietăților sale”, a explicat Slatyer.
„Ar mai fi multe de făcut și de învățat, dar dacă acesta este într-adevăr un semnal al materiei întunecate, aceasta ar putea fi o cheie care deblochează o mulțime de informații despre noi aspecte ale fizicii, precum și o nouă modalitate de a măsura comportamentul materiei întunecate în vecinătatea Pământului și, eventual, mai larg, în cosmos”, a spus ea.