Các nhà thiên văn học không biết vật chất tối là gì, nhưng họ biết nó chiếm khoảng 25% vũ trụ. Một máy dò mạnh mẽ, nằm sâu dưới lòng đất trong một hầm mỏ ở Minnesota có thể có thể đi đến tận cùng của bí ẩn. Dự án Cryogen Dark Matter Search II sẽ cố gắng phát hiện các hạt tương tác yếu (hay còn gọi là WIMPS). Những hạt lý thuyết này thường không tương tác với vật chất, nhưng sự va chạm hiếm khi xảy ra có thể được phát hiện.
Càng khó, càng ngày càng khó thoát khỏi thực tế là có một chất ngoài kia mà Lọ chiếm phần lớn vũ trụ mà chúng ta có thể nhìn thấy, ông Cabrera nói. Bản thân các ngôi sao và thiên hà giống như đèn cây thông Giáng sinh trên con tàu khổng lồ này mà bóng tối và không hấp thụ cũng không phát ra ánh sáng.
Chôn sâu dưới lòng đất trong một hầm mỏ ở Minnesota nằm trong dự án Cabrera, được gọi là Cryogen Dark Matter Search II (CDMS II). Nhà vật lý học của Đại học California-Berkeley, Bernard Sadoulet, là người phát ngôn cho nỗ lực này. Fermilab sườn Dan Bauer là người quản lý dự án và Dan Akerib từ Đại học Case Western Reserve là phó giám đốc dự án. Một nhóm gồm 46 nhà khoa học tại 13 tổ chức hợp tác trong dự án.
Để bắt WIMP
Thí nghiệm này nhạy cảm nhất trên thế giới nhằm phát hiện các hạt kỳ lạ có tên WIMPS (Hạt tương tác yếu tương đối yếu), là một trong những nhà khoa học dự đoán tốt nhất về những gì tạo nên vật chất tối. Các lựa chọn khác bao gồm neutrino, các hạt được lý thuyết hóa gọi là axion hoặc thậm chí vật chất bình thường như lỗ đen và sao lùn nâu quá mờ để nhìn thấy.
WIMPS được cho là trung tính phụ trách và nặng hơn 100 lần khối lượng của một proton. Hiện tại những hạt cơ bản này chỉ tồn tại trong lý thuyết và chưa bao giờ được quan sát. Các nhà khoa học nghĩ rằng họ đã tìm thấy chúng bởi vì chúng rất khó nắm bắt. WIMPS don lồng tương tác với hầu hết các vật chất - các hạt nhút nhát xuyên qua cơ thể chúng ta - nhưng CDMS II nhằm mục đích bắt chúng trong một vụ va chạm hiếm hoi với các nguyên tử trong máy dò được chế tạo đặc biệt của dự án.
Những hạt này chủ yếu đi qua Trái đất mà không bị phân tán, 'Cab Cabera nói. Lý do duy nhất chúng ta thậm chí có cơ hội nhìn thấy các sự kiện là vì [có] rất nhiều hạt mà rất hiếm khi một hạt sẽ đến [vào máy dò] và phân tán.
Các máy dò được giấu dưới các lớp trái đất trong mỏ Minnesota Soudan để bảo vệ chúng khỏi các tia vũ trụ và các hạt khác có thể va chạm với các máy dò và bị nhầm lẫn với vật chất tối. Trên thực tế, một nửa cuộc chiến cho các nhà khoa học làm việc trên CDMS II là che chắn các công cụ của họ càng nhiều càng tốt khỏi mọi thứ trừ WIMPS và phát triển các hệ thống phức tạp để nói lên sự khác biệt giữa vật chất tối và các hạt trần tục hơn.
Máy dò của chúng tôi là thứ có hình dạng khúc côn cầu cần sống ở mức 50 nghìn độ trên độ không tuyệt đối, Walter nói, Walter Ogburn, một sinh viên tốt nghiệp tại Stanford, người làm việc trong dự án. Càng khó mà làm những thứ đó thật lạnh.
Cuối cùng, các dụng cụ được lồng trong một cái hộp gọi là hộp đựng nước đá, được lót bằng sáu lớp cách nhiệt, từ nhiệt độ phòng ở bên ngoài đến lạnh nhất ở bên trong. Điều này giữ cho các máy dò lạnh đến mức ngay cả các nguyên tử cũng có thể rung chuyển.
Các máy dò được làm bằng tinh thể silicon rắn và gecmani rắn. Các nguyên tử silicon hoặc gecmani ngồi yên trong một mạng tinh thể hoàn hảo. Nếu WIMPS đâm vào chúng, chúng sẽ ngọ nguậy và tỏa ra những gói nhiệt nhỏ gọi là phonon. Khi các phonon nổi lên bề mặt của các máy dò, chúng tạo ra sự thay đổi trong một lớp vonfram rất nhạy cảm, mà các nhà nghiên cứu có thể ghi lại. Một mạch thứ hai ở phía bên kia của máy dò đo các ion, các hạt tích điện sẽ được giải phóng khỏi sự va chạm của WIMP và một nguyên tử trong máy dò.
Hai kênh đó cho phép chúng ta phân biệt giữa các loại tương tác khác nhau, theo ông Burnburn. Một số thứ tạo ra nhiều ion hóa hơn và một số thứ tạo ra ít hơn, vì vậy bạn có thể nhận ra sự khác biệt theo cách đó.
Phải mất một nhóm các nhà khoa học tại nhiều cơ sở để xây dựng các máy dò. Nhóm nghiên cứu mua các tinh thể từ một công ty bên ngoài và các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Hệ thống tích hợp Stanford Stanford chế tạo các dụng cụ đo trên bề mặt của các máy dò. Matt Chúng tôi sử dụng những thứ tương tự để tạo ra những thứ mà mọi người sử dụng để chế tạo bộ vi xử lý bởi vì chúng cũng siêu nhỏ, Matt Pyle, một sinh viên tốt nghiệp khác trong phòng thí nghiệm Cabrera, nói.
Các cụm đầu mối
Một tập hợp con của WIMPS, được gọi là neutino, là các hạt nhẹ nhất được siêu đối xứng mong đợi, một lý thuyết dự đoán một người bạn đời cho mọi hạt mà chúng ta đã quan sát thấy. Nếu CDMS II thành công trong việc tìm kiếm neutino, đây sẽ là bằng chứng đầu tiên cho siêu đối xứng. Siêu đối xứng gợi ý có một khu vực khác ngoài các hạt là đối tác của các hạt hiện có của chúng tôi, theo Cab Cabera. Có rất nhiều cách mà siêu đối xứng trông rất có thể. Nhưng không có bằng chứng trực tiếp nào cho bất kỳ cặp hạt [siêu đối xứng] nào.
Các tương tác yếu của WIMPS là lý do tại sao, mặc dù các hạt vật chất tối có khối lượng và tuân theo định luật hấp dẫn, chúng không co lại thành các thiên hà và các ngôi sao như vật chất bình thường. Để co cụm, các hạt phải va chạm và dính lại với nhau. Nhưng WIMPS thường xuyên nhất sẽ bay ngay cạnh nhau. Thêm vào đó, vì WIMPS là trung tính, chúng không tạo thành các nguyên tử, đòi hỏi phải thu hút các proton tích điện dương với các electron tích điện âm.
Vật chất tối tăm thấm vào mọi thứ, trực tiếp Cab Cabera nói. Đây không bao giờ sụp đổ theo cách mà các nguyên tử đã làm.
Vì vật chất tối không bao giờ hình thành sao và các vật thể trên trời quen thuộc khác, trong một thời gian dài các nhà khoa học không bao giờ biết nó ở đó. Dấu hiệu sớm nhất về sự tồn tại của nó xuất hiện vào những năm 1930 khi Fritz Zwicky, nhà thiên văn học người Mỹ gốc Thụy Sĩ, quan sát các cụm thiên hà. Ông đã thêm vào các khối thiên hà và nhận thấy rằng không có đủ khối lượng để tính trọng lực phải tồn tại để giữ các cụm lại với nhau. Một cái gì đó khác phải cung cấp khối lượng còn thiếu, ông suy luận.
Sau đó vào những năm 1970, Vera Rubin, một nhà thiên văn học người Mỹ, đã đo tốc độ của các ngôi sao trong Dải Ngân hà và các thiên hà khác gần đó. Khi cô nhìn xa hơn về phía rìa của các thiên hà này, cô thấy rằng các ngôi sao không quay chậm hơn như các nhà khoa học mong đợi. Nói rằng, điều đó không có ý nghĩa gì, mà Cab Cabera nói. Cách duy nhất bạn có thể hiểu là nếu có khối lượng lớn hơn nhiều so với những gì bạn nhìn thấy dưới ánh sao.
Trong những năm qua, ngày càng có nhiều bằng chứng cho vật chất tối chất đống. Mặc dù các nhà khoa học không biết nó là gì, nhưng họ có một ý tưởng tốt hơn về vị trí của nó và mức độ của nó. Càng có rất ít phòng còn lại vì có số lượng khác nhau, nên Cab Cabera nói.
Anh ấy đã không thấy bất cứ điều gì có vẻ như là một tín hiệu thú vị cho đến nay, anh ấy nói. Nhưng các nhà nghiên cứu CDMS II tiếp tục tìm kiếm. Vì vậy, quá, làm các nhóm khác. ZEPLINE, một thí nghiệm được điều hành bởi các nhà vật lý tại Đại học California-Los Angeles và Vương quốc Anh Dark Matter Collabawn, nhằm mục đích bắt WIMP trong các thùng xenon lỏng trong một mỏ gần Sheffield, Anh. Và tại Nam Cực, một dự án của Đại học Wisconsin-Madison có tên IceCube đang được xây dựng sẽ sử dụng các cảm biến quang được chôn sâu trong băng để tìm kiếm neutrino, các hạt năng lượng cao là chữ ký của sự hủy diệt WIMP.
Trong khi đó, CDMS II tiếp tục phát triển. Các nhà nghiên cứu của nó đang xây dựng các máy dò lớn hơn và lớn hơn để tăng cơ hội tìm thấy WIMPS. Trong tương lai, nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ chế tạo máy dò 1 tấn để có thể khám phá nhiều loại WIMPS có thể xảy ra nhất, nếu chúng tồn tại. Hiện tại, chúng tôi đã lấy dữ liệu với khối lượng mục tiêu của Đức nhiều hơn gấp đôi so với trước đây, vì vậy chúng tôi chắc chắn đang khám phá lãnh thổ mới ngay bây giờ, theo ông Burnburn. Tuy nhiên, có rất nhiều thứ khác để trang trải.
Nguồn gốc: Phát hành tin tức Stanford
