WIMP ( ang. Weakly Interacting Massive Particles) to hipotetyczne, masywne (10 GeV/c² do kilku TeV/c²) cząstki oddziałujące z widzialną materią z siłą porównywalną do oddziaływań jądrowych słabych. Prawdopodobnie są „zimne”, czyli znacznie wolniejsze od światła, co pozwala im łatwo tworzyć skupiska, przez co mogą być jednym z głównych składników zimnej ciemnej materii. Takie skupione i masywne cząstki mogą być zalążkami nowo powstających galaktyk, a w istniejących już galaktykach WIMP-y tworzyłyby halo stacjonarnego gazu.
Nawet więcej takich śladów mogli już kilka lat temu zarejestrować naukowcy szukający tych teoretycznych cząstek w głębiach dawnej kopalni w Minesocie, gdzie obecnie znajduje się detektor CDMS. Osiem detektorów krzemowych bez wątpienia zarejestrowało łącznie trzy wydarzenia, które mogą stanowić rezultaty kolizji z jakimiś słabo oddziałującymi i masywnymi cząstkami, albo właśnie od lat postulowanymi i poszukiwanymi przez teoretyków cząsteczkami WIMP. Fizycy znaleźli pośrednie dowody istnienia takich cząstek już wcześniej, ale nadal nie są one wystarczające. Dwa inne możliwe momenty wykrycia tych cząstek przez CDMS, zgłoszone w 2010 roku, okazały się być nie do odróżnienia od kolizji z tzw. cząstkami tła, czyli z innymi źródłami energii. To samo może jednak dotyczyć obecnego odkrycia – naukowcy muszą teraz dokładnie zbadać wyniki badań i wyciągnąć odpowiednie wnioski.
Praca opisująca ten fenomen została zaprezentowana 13 kwietnia na spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego w Denver, Colorado, i jest już opublikowana na stronach arXiv.org. "Nie wierzymy, wprawdzie, że ów wynik to już przełomowe odkrycie, ale z pewnością stanowi on zaproszenie do dalszych badań", powiedział Kevin McCarthy, członek zespołu CDMS z MIT (Massachusetts Institute of Technology). Projekt działa od roku 2003. Już wcześniej znaleziono potencjalnych kandydatów na cząstki WIMP na detektorze germanowym. Obecnie stosowne detektory są jednak bardziej czułe niż german, szczególnie w przypadku poszukiwanych śladów kolizji z cząstkami o bardzo niskich energiach. Chłodzi się je do temperatury zaledwie 40 milikelwinów, w której są już w stanie „poczuć” ciepło oddawane im w momencie, gdy jakaś cząstka zderza się z jednym z ich kryształów. Wyzwaniem jest jednak nie taka konstrukcja, ale późniejsze odróżnienie kolizji WIMP od licznych zderzeń z innymi cząstkami, na przykład neutronami.
W CDMS spróbowano obejść ten problem, jak najsilniej osłaniając z zewnątrz detektory i jednocześnie precyzyjnie wyliczając stopień oczekiwanych kolizji z innymi źródłami niskich energii. Trzy potencjalne, odkryte teraz zderzenia z WIMP pojawiło się dla przypadku, gdy oczekiwano jedynie 0,7 podobnych zderzeń „tła”. Dwa z nich zarejestrowano poza tym na tym samym detektorze. Był to, zdaniem fizyków biorących udział w doświadczeniu, sygnał na 99,81 – procentowym poziomie ufności, czyli dla około trzech sigma w języku statystyki.
Kolejny, jeszcze bardziej precyzyjny i nowszy detektor, SuperCDMS, już teraz pracuje w kopalni Soudan i może przynieść nam więcej informacji na temat poszukiwanej od lat ciemnej materii typu WIMP. Inne podobne eksperymenty prowadzone są między innymi w kopalni Homestake w Dakocie Południowej oraz w Gran Sasso we Włoszech.
Czytaj więcej:
- Oryginalny artykuł ukazał się w Nature, w kwietniu 2013 roku.
Źródło: Elżbieta Kuligowska | scientificamerican.com
Na zdjęciu: Krzemowy detektor CDMS. Źródło: Fermilab
(Tekst ukazał się pierwotnie w serwisie Orion, którego zasoby zostały włączone do portalu Urania)
