Fisikawan berencana untuk tidak melewatkan satu kesempatan pun: apakah materi gelap memengaruhi berbagai jenis detektor, apakah cahaya bintang membelok, apakah inti planet memanas, dan apakah tersimpan di batuan.
Opsi bagan massa partikel materi gelap (dapat diklik)
Sejak itu, seperti pada 1980-an, disepakati bahwa sebagian besar massa di alam semesta tidak terlihat oleh kita, dan bahwa "materi gelap" ini harus menahan galaksi dari kehancuran dan terbentuk oleh tampilan gravitasi dari seluruh kosmos Para peneliti memburu partikel non-bercahaya ini.
Mereka pertama kali mulai mencari bentuk materi gelap yang berat dan lambat yang disebut partikel masif yang berinteraksi lemah.(partikel masif yang berinteraksi dengan lemah, WIMP) - pengecut. Kandidat awal ini adalah salah satu kandidat yang paling disukai untuk peran materi kosmik yang hilang - dia bisa memecahkan teka-teki lain yang terpisah dari fisika partikel. Selama beberapa dekade, fisikawan telah membangun target yang lebih besar dalam bentuk kristal dan reservoir multi-ton cairan eksotis, berharap dapat menangkap kerlip atom yang terjadi setelah tabrakan dengan WIMPs.
Tapi detektor tetap diam, dan fisikawan semakin mulai berspekulasi tentang kemungkinan yang lebih luas. Di sisi spektrum yang lebih masif, mereka mengatakan, materi tak terlihat dari alam semesta bisa berkumpul bersama , membentuk lubang hitam yang beratnya dari sebuah bintang. Di sisi lain, materi gelap dapat merambat sebagai kabut tipis partikel, ribuan triliun triliun kali lebih ringan dari elektron.
Hipotesis baru membawa serta metode deteksi baru. Catherine Zurek, fisikawan teoritis di California Institute of Technology, mengatakan bahwa jika kita tidak melihat apa pun dalam eksperimen WIMP saat ini, "maka banyak penelitian di bidang ini akan beralih ke eksperimen baru ini."
Dan pekerjaan sudah dimulai. Berikut adalah beberapa dari sekian banyak batas baru dalam pencarian materi gelap.
Antara elektron dan proton
WIMP akan memiliki massa yang cukup untuk merobohkan seluruh atom seperti bola bowling. Tetapi jika materi gelap lebih terang, dalam beberapa percobaan pin yang lebih ringan disiapkan.
Hujan ringan partikel materi gelap dengan berat kurang dari satu proton terkadang dapat menjatuhkan elektron dari atom yang mengandungnya. Eksperimen pertama yang dirancang khusus untuk menangkap materi gelap semacam itu adalah Sub-Electron-Noise Skipper CCD Experimental Instrument ( SENSEI ), yang menggunakan teknologi yang mirip dengan yang ditemukan pada kamera digital. Ini memperkuat sinyal dari elektron yang dipercepat secara tak terduga yang muncul di dalam zat.
Ketika prototipe SENSEI dihidupkan, dengan menempatkan sepersepuluh gram silikon di dalamnya, materi gelap tidak ditemukan. Dan tetap saja hasil yang didapatditerbitkan oleh tim pada tahun 2018 segera mengecualikan model tertentu.
“Segera setelah kami menyalakannya, kami langsung mendapatkan kendala terbaik di dunia,” kata Tien-Tien Yu , fisikawan di University of Oregon dan anggota tim SENSEI. "Karena sebelumnya tidak ada batasan."
Hasil terbaru dari percobaan SENSEI versi 2 gram telah memperluas batasan ini, dan sekarang Yu dan rekan sedang mempersiapkan untuk menerapkan versi 10 gram di laboratorium bawah tanah Kanada, jauh dari gangguan sinar kosmik. Kelompok lain sedang mengembangkan versi eksperimen alternatif berbiaya rendah yang ditujukan untuk hasil serupa yang dapat dicapai dengan mudah.
Menuju bantuan
Jika materi gelap lebih terang, atau tidak rentan terhadap muatan listrik, ia tidak akan melumpuhkan elektron. Tsyurek bertukar pikiran tentang metode yang akan memungkinkan kehadirannya dalam jumlah kecil dipengaruhi oleh kelompok partikel.
Bayangkan sebuah balok silikon dalam bentuk kasur, yang pegasnya adalah inti atom. Jika Anda melempar koin kecil ke kasur seperti itu, kata Tsyurek, maka tidak ada pegas yang akan bergerak terlalu banyak. Namun, koin akan menimbulkan gelombang yang kemudian bergerak melalui banyak mata air. Pada 2017, dia menyarankan bahwa gangguan serupa yang disebabkan oleh materi gelap dapat menghasilkan gelombang suara yang sedikit memanaskan sistem.
Salah satu proyek yang mengikuti jalur ini, Tesseract, sekarang bekerja di ruang bawah tanah Universitas California di Berkeley. Dia mencari gelombang yang dihasilkan oleh partikel materi gelap, yang beratnya mirip dengan yang dicari oleh SENSEI. Namun, versi percobaan yang akan datang secara teoritis akan memungkinkan untuk mencari partikel yang seribu kali lebih ringan.
Namun, ada juga kemungkinan lebih Lilliputian. Materi gelap dapat terdiri dari sumbu - partikel yang sangat ringan sehingga terlihat lebih seperti gelombang daripada partikel. Itu juga akan memecahkan teka - teki gaya nuklir kuat. Baru-baru ini, Eksperimen Materi Gelap Sumbu ( ADMX ) mulai mencari sumbu yang meluruh menjadi pasangan foton dalam medan magnet yang kuat. Beberapa eksperimen serupa lainnya mulai berhasil.
Beberapa percobaanmenargetkan partikel yang lebih ringan. Massa terkecil yang secara teoritis dapat dimiliki oleh sebuah partikel materi gelap adalah seribu triliun triliun kali lebih kecil dari massa elektron. Ini akan menjadi partikel dengan gelombang energi yang sangat rendah, dan dengan panjang gelombang yang sebanding dengan diameter galaksi kecil. Partikel yang lebih ringan sekalipun akan terlampau berlumuran di ruang angkasa dan tidak bisa menjelaskan mengapa galaksi tidak hancur.
Petunjuk dari atas
Sementara beberapa peneliti sedang mempersiapkan perangkat generasi berikutnya, berniat untuk membuat kontak langsung dengan materi gelap, yang lain berencana untuk menyisir langit untuk mencari tanda-tanda tidak langsungnya.
Diyakini bahwa galaksi dan bintang menciptakan awan besar materi gelap yang secara gravitasi menarik materi terlihat. Namun, jika ada kelompok kecil materi gelap, mereka tidak akan dapat melakukan ini. Gumpalan sederhana ini akan menjadi sangat gelap, tetapi masih akan membelokkan cahaya bintang yang lewat. Sekelompok peneliti sedang mencari tanda-tanda "pelensaan" cahaya bintang oleh gumpalan materi gelap dalam data dari Teleskop Luar Angkasa Gaia , yang saat ini sedang beroperasi .
"Struktur gelap bergerak melalui galaksi kita," kata Anna-Maria Taki, seorang fisikawan di University of Oregon, salah satu anggota grup ini. "Saat mereka bergerak, mereka mengubah lokasi, pergerakan, dan lintasan sumber cahaya."
Hasil pendahuluan , yang diterbitkan pada bulan September, tidak menunjukkan keberadaan struktur seperti itu, yang massanya lebih besar dari 100 juta matahari. Para peneliti berharap memiliki database yang lebih besar di mana awan yang lebih kecil dapat ditemukan. Dan berdasarkan ukuran dan bentuk struktur hipotetis ini, para ilmuwan sudah dapat memahami bagaimana partikel materi gelap berinteraksi satu sama lain.
Peneliti lain telah menemukan cara untuk mengadaptasi katalog exoplanet yang berkembang pesat untuk pencarian. "Hanya ada miliaran hal ini," kata Rebecca Lin., fisikawan partikel di SLAC National Accelerator Laboratory, penulis bersama proposal September .
Idenya adalah bahwa planet yang terbang melalui Bima Sakti dapat mengakumulasi materi gelap di intinya. Partikel dari materi gelap ini, yang musnah dengan antipartikelnya, memanaskan planet ini. Exoplanet yang lebih dekat ke pusat galaksi melewati kelompok materi gelap yang lebih padat, sehingga mereka akan bersinar lebih terang dalam jangkauan inframerah. Lin dan rekannya menghitung bahwa jika Teleskop Luar Angkasa James Webb di masa depan dapat mengukur suhu beberapa ribu eksoplanet, maka dalam kumpulan data seperti itu akan memungkinkan untuk mempertimbangkan tanda-tanda pemusnahan partikel materi gelap, yang massanya berada dalam kisaran antara elektron dan proton.
Materi gelap ada dimana-mana
The Wimps mungkin mengalami penurunan, tetapi mereka belum sepenuhnya ditinggalkan. Maret mendatang, Laboratorium Nasional Gran Sasso di Italia akan meluncurkan eksperimen dengan tangki xenon 4 ton. Tim Korea Selatan Cosine-100 ingin menguji klaim kontroversial yang dibuat oleh peserta dalam eksperimen lain di Gran Sasso, DAMA. Yang terakhir, susunan kristal natrium iodida mencatat dengan tepat jenis perubahan musiman dalam data yang seharusnya terjadi saat Bumi menempatkan sisi berbeda dari "angin" materi gelap yang dilaluinya. “Mereka punya modulasi tahunan, tidak diragukan lagi. Tapi dari mana asalnya? " Kata Catherine Fries , seorang astrofisikawan di University of Texas di Austin. "Kami tidak bisa memahami ini."
Perhitungan Fries membantu memulai era eksperimen WIMP. Sekarang dia punya ide baru untuk menemukan partikel-partikel ini. Pada 2018, dia menyarankan bahwa pengecut mungkin terkandung di bebatuan sedalam beberapa kilometer, dan dia baru-baru ini bergabung dengan proposal untuk menggalinya.
Banyak fisikawan mengharapkan materi gelap menjadi apatis dan ada di mana-mana. Jika mereka dapat memikirkan cara yang cukup untuk merasakan yang tidak terlihat, maka pengaruhnya yang tidak terlihat dapat memanifestasikan dirinya di mana saja. Metode ini termasuk menangkap berbagai jenis detektor, mendistorsi cahaya bintang, memanaskan inti planet, dan bahkan menumpuk di batuan.
"Apa pun bisa menjadi pendeteksi materi gelap," kata Lin. "Anda hanya perlu cukup kreatif untuk mengetahui cara menggunakannya."