In een voormalige goudmijn anderhalve kilometer onder de grond, in een titanium tank gevuld met een zeldzaam vloeibaar gas, zijn wetenschappers op zoek gegaan naar wat tot nu toe onvindbaar was:donkere materie.

Wetenschappers zijn er vrij zeker van dat het onzichtbare materiaal het grootste deel van de massa van het universum uitmaakt en zeggen dat we hier niet zouden zijn zonder het - maar ze weten niet wat het is. De race om dit enorme mysterie op te lossen heeft een team naar de diepten gebracht onder Lead, South Dakota.

De vraag voor wetenschappers is fundamenteel, zegt Kevin Lesko, een natuurkundige aan het Lawrence Berkeley National Laboratory. "Wat is deze geweldige plek waar ik woon? Op dit moment is 95% ervan een mysterie."

Het idee is dat een mijl van aarde en steen, een gigantische tank, een tweede tank en het zuiverste titanium ter wereld bijna alle kosmische stralen en deeltjes die elke dag om ons heen en door ons heen razen, zullen blokkeren. Maar donkere materiedeeltjes, denken wetenschappers, kunnen al die obstakels vermijden. Ze hopen dat iemand in het vat met vloeibaar xenon in de binnentank zal vliegen en tegen een xenonkern zal botsen als twee ballen in een biljartspel, waarbij het bestaan ​​ervan wordt onthuld in een lichtflits die wordt gezien door een apparaat dat 'de tijdprojectiekamer' wordt genoemd.

Wetenschappers hebben donderdag aangekondigd dat de vijfjarige zoektocht van $ 60 miljoen eindelijk twee maanden geleden van start ging na een vertraging veroorzaakt door de COVID-19-pandemie. Tot nu toe heeft het apparaat niets gevonden. In ieder geval geen donkere materie.

Dat is oké, zeggen ze. De apparatuur lijkt te werken om de meeste achtergrondstraling uit te filteren die ze hoopten te blokkeren. "Om naar dit zeer zeldzame type interactie te zoeken, is taak nummer één om eerst alle gewone stralingsbronnen te verwijderen, die het experiment zouden overweldigen", zei fysicus Carter Hall van de Universiteit van Maryland.

En als al hun berekeningen en theorieën kloppen, denken ze dat ze maar een paar vluchtige tekenen van donkere materie per jaar zullen zien. Het team van 250 wetenschappers schat dat ze de komende jaren 20 keer meer gegevens zullen krijgen.

Tegen de tijd dat het experiment is afgelopen, is de kans om met dit apparaat donkere materie te vinden "waarschijnlijk minder dan 50% maar meer dan 10%", zei Hugh Lippincott, een natuurkundige en woordvoerder van het experiment tijdens een persconferentie op donderdag.

Hoewel dat verre van zeker is, "heb je een beetje enthousiasme nodig", zei Lesko van Lawrence Berkeley. "Je gaat niet in op zeldzame zoekfysica zonder enige hoop om iets te vinden."

Twee kolossale takels uit het tijdperk van de depressie besturen een lift die wetenschappers naar het zogenaamde LUX-ZEPLIN-experiment in de Sanford Underground Research Facility brengt. Een afdaling van 10 minuten eindigt in een tunnel met koel aanvoelende muren met gaas eromheen. Maar de oude, muffe mijn leidt al snel naar een hightech lab waar vuil en vervuiling de vijand is. Helmen worden ingeruild voor nieuwe, schonere en een dubbele laag babyblauwe laarsjes gaat over veiligheidslaarzen met stalen neuzen.

Het hart van het experiment is de gigantische tank genaamd de cryostaat, zei hoofdingenieur Jeff Cherwinka tijdens een tour in december 2019 voordat het apparaat werd gesloten en gevuld. Hij beschreef het als "als een thermoskan" gemaakt van "misschien wel het zuiverste titanium ter wereld", ontworpen om het vloeibare xenon koud te houden en achtergrondstraling tot een minimum te beperken.

Xenon is bijzonder, legt coördinator experimentfysica Aaron Manalaysay uit, omdat het onderzoekers in staat stelt te zien of er een botsing is met een van zijn elektronen of met zijn kern. Als iets de kern raakt, is de kans groter dat het de donkere materie is waar iedereen naar op zoek is, zei hij.

Deze wetenschappers hebben hier jaren geleden een soortgelijk, kleiner experiment geprobeerd. Nadat ze leeg waren aangekomen, dachten ze dat ze veel groter moesten gaan. Een ander grootschalig experiment is aan de gang in Italië, gerund door een rivaliserend team, maar tot nu toe zijn er geen resultaten bekendgemaakt.

De wetenschappers proberen te begrijpen waarom het universum niet is wat het lijkt.

Een deel van het mysterie is donkere materie, die verreweg de meeste massa in de kosmos heeft. Astronomen weten dat het er is, want als ze de sterren en andere reguliere materie in sterrenstelsels meten, ontdekken ze dat er lang niet genoeg zwaartekracht is om deze clusters bij elkaar te houden. Als er niets anders was, zouden sterrenstelsels "snel uit elkaar vliegen", zei Manalaysay.

"Het is in wezen onmogelijk om onze observatie van de geschiedenis, van de evolutionaire kosmos te begrijpen zonder donkere materie," zei Manalaysay.

Lippincott, een natuurkundige van de Universiteit van Californië, Santa Barbara, zei:"Zonder donkere materie zouden we hier niet zijn."

Dus hoewel er weinig twijfel is dat donkere materie bestaat, is er veel twijfel over wat het is. De leidende theorie is dat het gaat om dingen die WIMP's worden genoemd - zwak interagerende massieve deeltjes.

Als dat het geval is, zou LUX-ZEPLIN ze kunnen detecteren. We willen vinden "waar de watjes zich kunnen verbergen", zei Lippincott. + Verder verkennen

Onderzoekers registreren succesvolle opstart van donkere-materiedetector in ondergrondse onderzoeksfaciliteit

© 2022 The Associated Press. Alle rechten voorbehouden. Dit materiaal mag niet worden gepubliceerd, uitgezonden, herschreven of opnieuw verspreid zonder toestemming.