Rețeaua de magnetometre GNOME
GNOME este un proiect de cercetare științifică bazat pe o rețea de detectoare de materie întunecată, magnetometre foarte sensibile, răspândite în întreagă lume. Au fost recent publicate primele rezultate după 100 de zile de măsurători; materia întunecată nu a fost descoperită, însă au fost puse noi limite asupra posibilelor caracteristici ale acesteia.
Materia întunecată
Mare parte din materia din univers ar fi o așa-numită materie întunecată, care nu știm din ce este alcătuită. Această materie întunecată ar atrage gravitațional materia normală și ar fi de 5-6 ori mai multă decât aceasta în univers.
Una dintre dovezile privind existența acestei materii misterioase rezultă în urma observării vitezei de rotație a stelelor din periferia galaxiilor, care depinde de atracția gravitațională a materiei din galaxie. Dacă ținem cont doar de materia vizibilă calculele dau o viteză mult mai mică decât cea măsurată. Din acest motiv, care nu este însă unicul, credem că în univers, pe lângă materia vizibilă, există o materie care nu emite lumină, dar care interacționează gravitațional cu materia obișnuită, materia întunecată.
Din ce ar putea fi compusă materia întunecată?
Materia întunecată ar fi compusă din particule, nu însă particulele pe care le cunoaștem și care fac parte din teoria modelului standard al particulelor elementare, precum quarcurile sau electronii, ci din particule care aparțin unui model „dincolo” de modelul standard. Nu știm care ar putea să fie însă acest model, întrucât există mai multe versiuni: unele prevăd existența unor particule de materie întunecată cu masă mare, altele, dimpotrivă, cu masă extrem de mică. Aceste particule sunt căutate intens în cadrul experimentelor efectuate atât la acceleratoarele de particule, unde se încearcă producerea lor în ciocniri ale particulelor cunoscute (prin intermediul unor interacțiuni în plus), dar și în laboratoare subterane unde se încearcă să se măsoare semnale ale trecerii materiei întunecate prin detectoare de particule extrem de sensibile.
În acest context un nou proiect, GNOME (global network of optical magnetometers for exotic physics), care a început recent căutările de materie întunecată, este foarte interesant, întrucât folosește o metodă originală.
GNOME
GNOME reprezintă o rețea de 14 magnetometre situate în diverse țări de pe globul pământesc, precum Germania, Serbia, Polonia, Israel, Coreea de Sud, China, Australia și SUA. Aceste detectoare sunt capabile să măsoare semnale ale unui anumit tip de materie întunecată, care ar fi formată din bosoni ultraușori ori particule asemănătoarea axionului - particule ALP (axion-like particle). Aceste particule ar putea forma structuri în univers, chiar și un fel de „pereți” de materie întunecată.
Cum funcționează detectoarele GNOME?
Măsurătoarea are la bază interacțiunea dintre materia întunecată și spinii nucleelor atomilor din magnetometre. Atomii sunt excitați cu ajutorul unor lasere și aduși la o anumită frecvență, orientând spinii nucleelor într-o anumită direcție. Dacă Pământul va intra într-o zonă a spațiului în care sunt prezente aglomerări de materie întunecată, materia întunecată va afecta direcția spinilor, aspect măsurabil. Din distribuția acestor semnale se pot deduce caracteristicile structurilor de materie întunecată.
» Bosonul este o particulă subatomică cu spin întreg (0, 1, 2 ...), precum gluonul (purtătorul forței tari) sau bosonul Higgs (care dă masă particulelor). O a doua clasă de particule, cu spin cu jumătăți de întregi (1/2, 3/2 ...) se numesc fermioni, precum quarcurile (care formează protonii și neutronii).
» Axionul este o particulă ipotetică propusă pentru a rezolva o problemă din cromodinamica cuantică. Da, denumirea vine de la detergentul cu același nume.
Primele rezultate
GNOME a funcționat cu 9 din cele 14 detectoare pe o durata de 100 de zile. Datele obținute au fost analizate și rezultatele publicate într-un articol recent în revista Nature Physics.
Nu au fost descoperite semnale ale materiei întunecate în intervalul de masă între un feV, adică 10-15 electronVolt (masa unui proton în această unitate este aproape un miliard de eV) și 100.000 feV. Chiar dacă nu au fost măsurate semnale care să indice prezența materiei întunecate, rezultatul este important, întrucât îi ajută pe teoreticieni să elimine acele teorii care prevăd existența acestor semnale.
Avdanced GNOME
În viitor cercetătorii din proiectul GNOME au obiectivul de a construi o rețea de detectoare și mai sensibile, cu gaze nobile în interior. Noul proiect, Advanced GNOME, va continua, așadar, căutarea materie întunecate cu o sensibilitate mai mare. Vom descoperi astfel dacă Terra traversează zone de materie întunecata în drumul ei prin univers și vom avea (sau nu) mai multe informații despre acest mare mister al fizicii moderne: materia întunecată.
