Znajdą ciemną materię?

Do swojego nowatorskiego eksperymentu naukowcy zaprosili przedstawicieli jednostek badawczych rozsianych po całym świecie.

"Pomysł wykorzystania optycznego zegara atomowego do poszukiwania ciemnej materii pojawił się w środowisku fizyków kilka lat temu. My opracowaliśmy eksperymentalną metodę realizacji tej idei oraz przeprowadziliśmy pierwszy tego typu pomiar. Pozytywna detekcja ciemnej materii fundamentalnie zmieniłaby nasze postrzeganie natury" - powiedział PAP dr Piotr Wcisło z UMK.

Pomysłodawca innowacyjnego sposobu badania ciemnej materii wierzy w powodzenie projektu, szczególnie gdy do pomiarów wykorzystanych zostanie jednocześnie kilka zegarów atomowych.

"Trzeba wprowadzić globalne, synchroniczne pomiary. Pracujemy nad tym i namawiamy inne ośrodki badawcze na świecie (jest ich kilka) do tego, żeby stworzyły z nami sieć detektorów tego typu. Nasz pomiar polega na tym, że obserwujemy, w jaki sposób ultradokładny, optyczny zegar atomowy tyka. Spodziewamy się, że jeżeli przez laboratorium +przeleci+ obiekt ciemnej materii, to będzie on w tym momencie tykał nieco inaczej. Jeżeli mamy jeden zegar atomowy i obok naszego laboratorium przejedzie np. tramwaj i zaburzy jego działanie, to możemy ten szum pomylić z +wykryciem+ ciemnej materii. Jeżeli natomiast będzie to kilka zsynchronizowanych urządzeń na świecie, które w jednym momencie zachowają się w identyczny sposób, to będziemy mieli do czynienia z nową fizyką" - dodał dr Wcisło.

Lider grupy badawczej dr hab. Michał Zawada powiedział, że "ciemna materia jest pewnym konceptem, który pozwala na wyjaśnienie rzeczy, których fizyka do końca nie rozumie". "Jest kilka pomysłów, hipotez odnośnie tego, czym ona może być. Najpopularniejsza z nich zakłada, że są to masywne cząsteczki, których nie widzimy. Stąd jej nazwa. Wszystkie te hipotezy +siedzą+ głęboko w podstawach fizyki. Zmodyfikowanie dowolnej z nich automatycznie pozwoli wyjaśnić niepewności z zupełnie innych dziedzin" - wyjaśnił.

"Hipoteza, którą badamy, opiera się na tym, że dawno temu, kiedy wszechświat powstał, był bardzo gorący. Gdy stygł, zachodziły w nim przejścia fazowe. To jest zupełnie tak, jak w przypadku studzenia pary, która najpierw staje się wodą, a później lodem. Podczas niektórych przejść fazowych we wszechświecie mogły powstać niejednorodności, które my nazywamy defektami topologicznymi. Mogą być one odpowiedzialne za to, co my nazywamy ciemną materią. Potwierdzając istnienie tych defektów topologicznych, wyjaśniamy nie tylko interesujące nas zagadnienie, ale sięgamy do samego początku wszechświata i tego, w jaki sposób powstał" - podkreślił.

Wyniki badań toruńskich naukowców publikowane były na łamach prestiżowego pisma naukowego "Nature Astronomy".

"Zaobserwowanie ciemnej materii w warunkach laboratoryjnych byłoby prawdziwym przełomem. Nam udało się wykorzystać narzędzie pozwalające poszukiwać ciemnej materii oraz zmierzyć, że jeżeli ona rzeczywiście istnieje, to nie oddziałuje ze znaną nam materią silniej niż pewna wyznaczona przez nas wartość" - uzupełnił dr Wcisło.

Dodał on, że "testowana hipoteza zakłada, że ciemna materia ma postać dużych, rozciągłych obiektów. Koszt aparatury zbudowanej przez nas do jej wykrywania jest wielokrotnie tańszy niż klasyczne eksperymenty zorientowane na poszukiwanie ciemnej materii, mającej strukturę cząstkową".

Projekt Polskiego Optycznego Zegara Atomowego, rozwijany w Krajowym Laboratorium FAMO zlokalizowanym w Toruniu, jest wspólnym przedsięwzięciem największych polskich uczelni: Uniwersytetu Warszawskiego, Uniwersytetu Jagiellońskiego i UMK. W tym momencie nad jego realizacją pracuje od kilkunastu do dwudziestu osób.