1. oldal
Némi galiba van a sötétanyag-kutatással. A rejtélyes anyag létezését közvetlenül igazolni próbáló maroknyi kísérlet közül a legbiztatóbb eredményeket produkáló projekt nagyon nehezen hihető adatokat produkál, amelyeket pillanatnyilag lehetetlen megerősíteni. Ez azonban már nem sokáig lesz így, mivel rövidesen négy hasonló detektor is munkába áll, így az új kísérletek három éven belül megerősíthetik vagy megcáfolhatják a vitatott projekt eredményeit, és vele a sötét anyag létezését.
A kérdéses kísérlet a DAMA együttműködés keretében működik, amelynek detektorai Rómától keletre, a Gran Sasso d’Italia hegyei alatt kapnak helyet. A létesítmény több mint egy évtizede szállít olyan adatokat, amelyek egyes elemzők szerint a sötét anyag létének minden eddiginél meggyőzőbb jelenlétét jelzik, mások szerint viszont valami egészen mást.
A jelenleg elfogadott kozmológiai elméletek szerint az univerzum 68 százalékban sötét energiából, 27 százalékban sötét anyagból és 5 százalékban pedig az elektromágneses sugárzással kölcsönhatásba lépő, „hétköznapi” anyagból áll. A sötét anyag létezésére rengeteg indirekt bizonyíték áll rendelkezésre. A legmeggyőzőbbek ezek közül a galaxisok forgási sebességével kapcsolatos kutatások, amelyek azt sugallják, hogy a látható anyag gravitációja nem magyarázza meg, hogy miért maradnak egyben a csillagrendszerek. Ha ezek nem tartalmaznának még valamilyen, általunk jelenleg érzékelhetetlen anyagot, csillagaik sebességük alapján szétspriccelnének a környező űrbe.
A sötét anyag mibenléte azonban egyelőre rejtély. A vezető hipotézis ezzel kapcsolatban az, hogy a titokzatos anyagfajta – részben legalábbis – úgynevezett WIMP-ekből, azaz gyengén kölcsönható nehéz elemi részecskékből állhat. Ezek a feltevések szerint nagyon ritkán ugyan, de időnként kölcsönhatásba kerülnek a hétköznapi anyaggal, így ha kellően hosszú ideig vizsgálódunk, előbb-utóbb a nyomukra lehet jutni.
A DAMA nátrium-jodid kristályokból álló detektorai pedig állítólag pontosan ilyen találkozásokra utaló felvillanásokat észlelnek. A kísérlet kutatói először 1998-ban jelentették be, hogy detektoraikon olyan aktivitási mintázatot figyeltek meg, amely megfelel a WIMP-ek viselkedésével kapcsolatban az elméletek által előrejelzett éves ingadozásoknak. A szakértők szerint ugyanis az ütközési események gyakoriságának az év folyamán folyamatosan változnia kellene. Ha ugyanis feltételezzük, hogy a Naprendszert állandó erejű WIMP-szél éri, a Föld keringése során ezzel időnként egy irányba, máskor viszont szembe megy, így az év különböző szakaszaiban változó mennyiségű WIMP halad át bolygónkon, ami változó mennyiségű észlelési adatot is jelent.
A DAMA detektorai pedig pontosan ilyen, éves periódusokban jelentkező hullámzást figyeltek meg az adatokban. Az eredménnyel azonban van egy nagy probléma: ha a hullámzást valóban a sötét anyag részecskéi okozzák, azt más detektoroknak is érzékelniük kellett volna, azonban a DAMA-n kívül ezt egyik műszer sem tette meg. Az olasz kutatók ugyanakkor az elmúlt évek során minden más szerintük szóba jöhető környezeti hatást kizártak, amely esetleg hasonló jeleket produkálhat.
A legtöbb szakértő egyetért abban, hogy a DAMA valami tényleges jelenséget mér, az adatok értelmezésével kapcsolatban azonban nagyon eltérőek a vélemények. A helyzetet nehezíti, hogy mostanáig egyetlen másik, hasonló kaliberű kísérletben sem használtak nátrium-jodid kristályokat. A DAMA-hoz leginkább hasonlító dél-koreai KIMS cézium-jodiddal mér, illetve jelen esetben nem mér. Elképzelhető tehát az is, hogy a WIMP-ek valamilyen okból másként reagálnak a nátrium jelenlétére, mint a többi elemre.
Ahhoz, hogy kiderüljön, valóban hitelesek a DAMA eredményei, pontosan ugyanolyan detektorokat kell építeni, mondja Juan Collar, a Chicagói Egyetem kutatója, aki karrierje során több különböző sötétanyag-kísérletben is részt vett. Ezzel ugyanakkor akad egy komoly technikai probléma: nagyon nehéz olyan nátrium-jodid kristályokat növeszteni, amelyek kellően tiszták a detektorként való alkalmazáshoz. A radioaktívan sugárzó káliummal való szennyeződés különösen nagy problémát jelent.
2. oldal
Ennek ellenére mostanra három kutatócsoport is szert tett olyan kristályokra, amelyek háttérsugárzása csak kétszerese a DAMA csapata által használt daraboknak. Ennek pedig elégnek kell lennie az olasz eredmények teszteléséhez, állítják a kutatók. A már említett dél-koreai KIMS és a Yale DM-Ice nevű csapata által épített új detektor heteken belül munkába áll, és a következő években csatlakozik az erőfeszítésekhez a Zaragozai Egyetem ANAIS nevű érzékelője is.
A KIMS és a DM-Ice kutatói egy közös detektort építettek Szöultól 160 kilométerre keletre a föld alatt. Ez a műszer elviekben megbízhatóbban szét fogja tudni választani a sötét anyag jeleit és a háttérzajt, mint a DAMA, állítják a fejlesztők. Az ANAIS detektora hasonló szerkezetű lesz, mint a dél-koreai rendszer, és építése jelenleg is folyik a Pireneusokban.
A KIMS/DM-Ice és az ANAIS új érzékelői összesen 200 kilogramm nátrium-jodidot tartalmaznak, és mivel a mérési eredményeket összesítve bírálják el a kutatók, az adatok összevethetők lesznek a DAMA összesen 250 kilogrammot nyomó detektorainak eredményeivel. A két új detektornak adott idő alatt összesen közel annyi WIMP-et kellene érzékelnie, mint amennyire a DAMA képes. Az olasz detektor által mért határozott jelből annak tényleges létezése esetén pedig még akkor is észlelniük kell valamit az új érzékelőknek, ha azok nagyobb háttérsugárzással rendelkeznek, mondja Reina Maruyama, a DM-Ice vezetője.
Ezzel az állítással azonban nem mindenki ért egyet. Frank Calaprice, a Princeton kutatója például azon a véleményen van, hogy a kristályok tisztaság jelen esetben fontosabb tényező, mint azok tömege. A szakértő és kollégái ezért kidolgoztak egy módszert, amellyel nagyon tiszta kristályokat tudnak növeszteni, és januárban bejelentették, hogy a folyamat végén a DAMA detektorainál is kevésbé szennyezett nátrium-jodiddal fognak rendelkezni.
A SABRE néven futó projekt keretében Calaprice és társai egy detektort a DAMA közvetlen szomszédságába, egy másikat pedig egy ausztrál aranybányában helyeznek majd el. A két detektor összesen csak 50 kilogrammnyi nátrium-jodidot fog tartalmazni, ezek háttérsugárzása azonban csak tizede lesz a DAMA-énak. A SABRE kristályai egy éven belül készen lesznek, utána pedig megkezdődhet a detektorok építése.
A csapat ezt követően azt tervezi, hogy nyilvánosságra hozzák kristálynövesztési technológiájukat, amit a DAMA-csapat a mai napig nem tett meg. Ilyen módon más laborok is elkészíthetik saját detektoraikat. A SABRE-kísérlet további nagy előnye az lehet a többi hasonló próbálkozással szemben, hogy az északi és a déli féltekén is lesz egy-egy teljesen egyforma detektoruk, ami segíthet tisztázni, hogy valamilyen környezeti tényező, a sötét anyag részecskéi vagy valami egészen más áll a DAMA által mért éves jelciklus hátterében. Ha a jelek a WIMP-ektől származnak, a két detektor által mért jelgörbéknek tökéletesen fedniük kellene egymást.
Ami a DAMA-t illeti, a kísérlet legfrissebb eredményeinek közlésére várhatóan 2017-ben kerül sor. Rita Bernabei, a projekt szóvivője nem aggódik túlságosan az új detektorok miatt, mivel elmondása szerint az olasz kísérlet 14 évnyi adata több mint meggyőző. Ha az új műszerek mégsem nem észlelnek hasonló jeleket, annak az lehet az oka, hogy nem elég érzékenyek, mondja a kutató.
Míg az olasz kísérlet eredményeit a kezdetek kezdetén sokan nem vették komolyan, mostanra egyre többen vélik úgy, hogy valami lehet az eredményekben. A SABRE-csapat ausztrál részlegének vezetője, Elisabetta Barberio szerint a DAMA nagyon jól megcsinált kísérlet, és az, hogy más nem tudott hasonló eredményeket produkálni, egyszerűen azt is jelezheti, hogy mennyire nehéz a sötét anyag részecskéinek közvetlen észlelése. Az új detektorok azonban remélhetőleg már képesek lesznek erre, így rövidesen eldönthetik a WIMP-ekkel kapcsolatos vitát.
