Η Αυστραλία αναζητά «σκοτεινή ύλη» σε βαθύ ορυχείο χρυσού

Πίνακας περιεχομένων:

Η Αυστραλία αναζητά «σκοτεινή ύλη» σε βαθύ ορυχείο χρυσού
Η Αυστραλία αναζητά «σκοτεινή ύλη» σε βαθύ ορυχείο χρυσού
Anonim

Στα βάθη ενός ορυχείου χρυσού στα περίχωρα της μικρής βικτοριανής πόλης Stowell, που βρίσκεται λίγες ώρες οδικώς βορειοδυτικά της Μελβούρνης, χτίζεται ένα εργαστήριο για την αναζήτηση μιας από τις πιο άπιαστες ουσίες στο σύμπαν - τη σκοτεινή ύλη.

Ένα χιλιόμετρο υπόγεια, το εργαστήριο μοιάζει πλέον με σπήλαιο μεγέθους γηπέδου τένις παρά με επιχείρηση πολλών εκατομμυρίων δολαρίων. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το εργαστήριο - μια συνεργασία μεταξύ του Πανεπιστημίου της Μελβούρνης, του ANSTO, του Swinburne και άλλων - είναι ακόμη υπό ανάπτυξη. Εάν είναι επιτυχής, μπορεί να βοηθήσει στην επίλυση ενός από τα μεγαλύτερα μυστήρια της αστροφυσικής.

"Αυτή είναι μια κρίσιμη στιγμή για εμάς", δήλωσε ο Phillip Urquiho, αναπληρωτής καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Μελβούρνης, φυσικός σωματιδίων και τεχνικός συντονιστής για ένα πείραμα σκοτεινής ύλης που ονομάζεται SABER - Sodium Iodide with Active Background Rejection Experiment.

"Το ίδιο το εργαστήριο πρέπει να έχει ολοκληρωθεί μέχρι τον Δεκέμβριο. Ελπίζουμε ότι μέχρι τον Νοέμβριο θα μπορέσουμε να φέρουμε μέρος του πειραματικού μας εξοπλισμού".

Η σκοτεινή ύλη, που θεωρείται ότι αποτελεί το 85% της ύλης στο σύμπαν, δεν είναι εύκολο να βρεθεί. Δεν είναι ορατό σε κανένα από τα μήκη κύματος που χρησιμοποιούνται συνήθως για την ανίχνευση διαστημικών αντικειμένων, όπως το αέριο και η σκόνη. Επιπλέον, φαίνεται ότι δεν αλληλεπιδρά καθόλου με ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις - πράγμα που σημαίνει ότι δεν απορροφά, αντανακλά ή εκπέμπει φως.

Οι επιστήμονες γνωρίζουν την ύπαρξή του μόνο επειδή τα αστέρια, οι γαλαξίες και τα σμήνη γαλαξιών ασκούν πολύ ισχυρή βαρυτική έλξη χωρίς καμία πρόσθετη εξήγηση, για παράδειγμα, ότι κάπου κρύβεται ένας σωρός σκοτεινής ύλης.

"Αν μπορούμε να το βρούμε, είναι ένα εγγυημένο βραβείο Νόμπελ", λέει ο ανώτερος σύμβουλος του ANSTO για στρατηγικά έργα, ο Δρ Richard Garrett. "Είναι σαν [βαρυτικά κύματα. Αυτό είναι ένα άλλο πράγμα που έψαχνε για 30-40 χρόνια, μέχρι που τελικά αυτά τα τεράστια πειράματα (συγκεκριμένα, το Παρατηρητήριο Βαρυτικών Κυματικών Βαρυτικών Κλίσεων Laser) δεν το βρήκαν."

Αλλά η αναζήτηση για σκοτεινή ύλη ήταν μέχρι στιγμής ανεπιτυχής. Ακόμη.

Κάτω από τη μύτη μας

Οι ερευνητές προσπαθούν να ανιχνεύσουν τη σκοτεινή ύλη στη Γη με διάφορους τρόπους.

Ο πρώτος τρόπος είναι να πιάσουμε τη σκοτεινή ύλη να διασπάται σε κάτι που μπορούμε να ανιχνεύσουμε, όπως ακτίνες γάμμα ή ζεύγη σωματιδίων-αντισωματιδίων. Δυστυχώς, η σκοτεινή ύλη δεν είναι η μόνη αστρονομική διαδικασία που τις παράγει, η οποία προσθέτει ένα ακόμη επίπεδο πολυπλοκότητας στη διαδικασία.

Υπάρχουν ανιχνευτές όπως ο SABER που προσπαθούν να ανιχνεύσουν την ανάκρουση υποθετικών σωματιδίων σκοτεινής ύλης που ονομάζονται αδρανή αλληλεπίδραση μαζικών σωματιδίων, ή WIMPS, από πηγές βαθιά υπόγεια.

Image
Image

Αλλά κάθε ανιχνευτής που κατασκευάστηκε μέχρι τώρα έχει εντοπίσει μόνο σήματα που θα μπορούσαν να αποδοθούν σε διαφορετική αιτία. Η σκοτεινή ύλη παραμένει ακατανόητη.

Με μια εξαίρεση. Τα τελευταία 25 χρόνια, ένας ανιχνευτής που ονομάζεται DAMA / LIBRA στο Laboratori Nazionali del Gran Sasso κοντά στην L'Aquila στη βορειοανατολική Ιταλία σημείωσε ένα ετήσιο μοτίβο στον αριθμό των εγγεγραμμένων σημάτων. Ονομάζεται "ετήσιο φαινόμενο διαμόρφωσης", μπορεί να προκληθεί από τη γη που κινείται μέσα και έξω από το φωτοστέφανο της σκοτεινής ύλης του γαλαξία μας.

"Σε αυτά τα 25 χρόνια, τα δεδομένα [DAMA / LIBRA] έδειξαν ότι έχει αυτό το ετήσιο αποτέλεσμα διαμόρφωσης με εξαιρετικά, εξαιρετικά υψηλό επίπεδο εμπιστοσύνης", λέει ο Urquijo."Μέσα από την έρευνά τους και τις ανεξάρτητες ανασκοπήσεις της έρευνάς τους, δεν μπόρεσαν να αποκλείσουν την υπόθεση της σκοτεινής ύλης για να την εξηγήσει".

Το ιταλικό εργαστήριο ήταν κάτι σαν "λευκό κοράκι" στον κόσμο των ανιχνευτών, καθώς κανένας άλλος ανιχνευτής δεν μπορούσε να αντιγράψει τα αποτελέσματά τους. Ένας από τους λόγους για αυτό είναι ότι η ομάδα DAMA / LIBRA χρησιμοποίησε ειδικούς κρυστάλλους ιωδιούχου νατρίου. Wereταν τα πιο ραδιοκαθαρισμένα - δηλαδή, με πολύ χαμηλό επίπεδο ραδιενέργειας - που δημιουργήθηκαν ποτέ, και η ομάδα εξακολουθεί να κατέχει αυτό το ρεκόρ.

Για την παραγωγή κρυστάλλων, χρησιμοποιείται σκόνη ιωδιδίου νατρίου "astrograd" - μια ένωση με χαμηλή ραδιενέργεια, αλλά όχι ακόμα κρύσταλλο. Όταν οι ερευνητές αναπτύσσουν έναν κρύσταλλο από μια σκόνη, συνήθως ραδιενεργές μολυσματικές ουσίες από το περιβάλλον μπλέκονται στους κρυστάλλους, επομένως απαιτείται πολύ ειδικός εξοπλισμός για την ανάπτυξη και τον καθαρισμό των κρυστάλλων διατηρώντας παράλληλα χαμηλή ραδιενέργεια.

"Είναι στην πραγματικότητα μια πολύ περίπλοκη και χρονοβόρα διαδικασία Ε & Α που είναι πολύ, πολύ εξειδικευμένη", λέει ο Urquijo των κρυστάλλων.

Αλλά οι σκεπτικιστές της DAMA / LIBRA δεν πιστεύουν ότι αυτό οφείλεται στη ραδιενεργό καθαρότητα των κρυστάλλων. Δεδομένου ότι αυτό το μοτίβο ανιχνεύεται ετησίως, υποθέτουν ότι ο ανιχνευτής μετρά αυτή την αλλαγή σήματος μόνο σε συνδυασμό με τις μεταβαλλόμενες εποχές.

Εδώ είναι που βοηθάει το γεγονός ότι βρισκόμαστε στην άλλη άκρη του κόσμου με αντίθετες εποχές.

"Αν δούμε το ίδιο αποτέλεσμα με αυτούς, γνωρίζουμε ότι αυτό δεν είναι εποχιακό φαινόμενο, αλλά κάτι εξωτερικό", λέει ο Urquiho. "Βασικά, θα δούμε και οι δύο σκοτεινή ύλη."

Ακόμα κι αν δεν είναι σκοτεινή ύλη, θα εξακολουθούσε να είναι κάτι εξωτερικό της Γης για το οποίο οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν ακόμη, το οποίο θα ήταν σχεδόν εξίσου συναρπαστικό με την εύρεση σκοτεινής ύλης. Αλλά πρώτα πρέπει να τελειώσουν τον ανιχνευτή.

Μέχρι στιγμής, έχουν καταστήσει τους κρυστάλλους ιωδίου νατρίου ακόμη πιο ραδιοκαθαρούς από αυτούς που χρησιμοποιήθηκαν στο πείραμα DAMA / LIBRA - ένα κατόρθωμα που απαιτεί μια μακρά διαδικασία έρευνας και ανάπτυξης μεταξύ ινστιτούτων σε όλο τον κόσμο.

Η ANSTO έχει ήδη δημιουργήσει εξοπλισμό για τον έλεγχο των μικρότερων επιπέδων ακτινοβολίας και η ομάδα δοκιμάζει όλα τα υλικά τους για ραδιενέργεια, διασφαλίζοντας ότι όλα είναι όσο το δυνατόν χαμηλότερα. Μικρά επίπεδα ακτινοβολίας υπάρχουν γύρω μας - ακόμη και οι μπανάνες και οι άνθρωποι, για παράδειγμα, είναι ελαφρώς ραδιενεργές. Επομένως, η ομάδα πρέπει να περιορίσει αυτήν την «κανονική» ραδιενέργεια, έτσι ώστε να μην παρεμβαίνει στη λειτουργία του ανιχνευτή.

«Μετρήσαμε όλους τους τύπους άμμου, χαλικιού και σκόνης τσιμέντου από όλη την Αυστραλία προσπαθώντας να βρούμε το καλύτερο μίγμα σκυροδέματος για κατασκευή», λέει ο Garrett.

«Lookingάχνουμε βαθιά υπόγεια για πολύ, πολύ αδύναμα σήματα, αλλά δεν έχει νόημα να το κάνουμε αυτό εάν το σκυρόδεμα που χρησιμοποιούμε είναι ραδιενεργό».

Στη συνέχεια - η τοποθεσία. Υπάρχουν πολλές θετικές πτυχές στην εργασία σε ένα ενεργό ορυχείο χρυσού. Η εταιρεία εξόρυξης φροντίζει για όλο τον αερισμό και τη διαχείριση της ασφάλειας. Επιπλέον, οι εργαζόμενοι σε ορυχεία μπορούν να μεταφέρουν επιστήμονες με ειδικά εξοπλισμένα αυτοκίνητα ναρκών μέσω μεγάλων, ελικοειδών τούνελ μέχρι το εργαστήριο.

Αλλά αυτή η μέθοδος έχει τα μειονεκτήματα και τα προβλήματά της. Η κατασκευή του εργαστηρίου καθυστέρησε για σχεδόν τρία χρόνια όταν το ορυχείο άλλαξε ιδιοκτήτη και έκλεισε για λίγο. Επιπλέον, το σπήλαιο πρέπει να αδειάζεται κάθε οκτώ ώρες, έτσι ώστε οι ανθρακωρύχοι να μπορούν να ανατινάξουν χρυσό.

Στα διαγράμματα, το SABER μοιάζει με πολυέλαιο μέσα σε κάδο, κλεισμένο σε μεταλλικό θόλο. Ο ίδιος ο ανιχνευτής είναι ένας πολυέλαιος που κρέμεται από την κορυφή του κάδου και είναι γεμάτος με 50 κιλά κρυστάλλων ραδιοκαθαρισμένου ιωδιδίου του νατρίου για να ανιχνεύσει τυχόν μικροσκοπικές ενδείξεις ακτινοβολίας.

Το chan, το οποίο η ομάδα ονομάζει Veto, είναι γεμάτο με φωτοπολλαπλασιαστές (απίστευτα ευαίσθητοι ανιχνευτές φωτός) και θα περιέχει γραμμικό αλκυλοβενζόλιο, ένα υγρό που χρησιμοποιείται συνήθως για την παραγωγή απορρυπαντικών, αλλά σε αυτή την περίπτωση χρησιμοποιείται ως «υγρός σπινθηριστής» που αναβοσβήνει με φως όταν χτυπάει ακτινοβολία. Και υπάρχει επίσης ένας θόλος τεσσάρων μέτρων, που ακόμη και ο Urquiho μπορεί να πει ότι είναι υπερβολικός: Το SABER θα περιέχει περίπου 100 τόνους χάλυβα, ο οποίος προστατεύει το πείραμα από την ακτινοβολία αδέσποτων σωματιδίων που μπορεί να χαλάσει τυχόν μετρήσεις.

«Είχαμε πραγματική παράνοια σχετικά με την ακτινοβολία του περιβάλλοντος», εξηγεί ο Urquijo. «Η περιοχή της χαμηλότερης ραδιενέργειας που μπορεί να βρεθεί οπουδήποτε στο Νότιο Ημισφαίριο βρίσκεται ακριβώς στο κέντρο αυτών των κρυστάλλων».

Αλλά τώρα τα μέρη του ανιχνευτή δεν έχουν ακόμη μεταφερθεί στο ορυχείο - αντίθετα, μέρος του εξοπλισμού για την αναζήτηση σκοτεινής ύλης βρίσκεται στο πάρκινγκ.

"Το Πανεπιστήμιο της Μελβούρνης δεν έχει πολύ αποθηκευτικό χώρο για εξοπλισμό, οπότε χρησιμοποιούμε τη σύνδεση ANSTO για να τοποθετήσουμε τον υγρό σπινθηριστή στο χώρο στάθμευσης", λέει ο Urquijo.

Όταν ο ανιχνευτής εγκατασταθεί τελικά, το μόνο που μένει είναι να καθίσουμε στην επιφάνεια και να περιμένουμε τα αποτελέσματα. Αλλά μέχρι τότε, η ομάδα έχει κάτι να κάνει.

"Κάθε υλικό έρχεται σε εμάς και μετράμε τη ραδιενέργειά του για να δούμε αν είναι αρκετά καλό", λέει ο Garrett.

«Είναι ένας αγώνας με τον χρόνο».

Συνιστάται: