Rzucanie światła na ciemną materię
Mimo że do kategorii ciemnej materii zalicza się prawie 80 % całej materii wszechświata, nadal pozostaje ona dla nas tajemnicą. „Chociaż dysponujemy przytłaczającymi dowodami na istnienie ciemnej materii w każdej skali kosmologicznej, nadal nie udało się nam eksperymentalnie wskazać jej ulotnej substancji”, mówi Kai Schmidt-Hoberg, fizyk pracujący w instytucie badawczym DESY. „Dlatego w kwestiach związanych ze zrozumieniem, z czego składa się ciemna materia i jak oddziałuje, nadal poruszamy się w ciemnościach”. Schmidt-Hoberg przewodzi finansowanemu ze środków UE projektowi NewAve, którego celem jest rozwiązanie zagadki ciemnej materii. Aby go osiągnąć, naukowcy budują teoretyczne modele ciemnej materii i badają nowe sygnatury zderzeń. Opracowują też nowe techniki porównywania i interpretacji wyników uzyskiwanych w doświadczeniach z bezpośrednią detekcją, a także wskazują eksperymenty astrofizyczne mogące ograniczać oddziaływania w obrębie ciemnej materii lub dawać dowody ich istnienia.
Rozszerzanie eksperymentalnej lupy
W projekcie Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych wykorzystano podejście multidyscyplinarne, angażując do udziału ekspertów z dziedzin eksperymentalnej i teoretycznej fizyki cząstek, astrofizyki i kosmologii. „Projekt obejmował szeroki zakres koncepcji i uwzględniał wiele możliwych rodzajów oddziaływań ciemnej materii w obrębie różnych pól”, wyjaśnia Schmidt-Hoberg. Badacze pracowali, utrzymując ścisły kontakt z różnymi naukowcami zajmującymi się dziedzinami eksperymentalnymi i technologią. Przykładowo badacze skupieni wokół projektu korzystali z urządzeń generujących wysokie energie, takich jak Wielki Zderzacz Hadronów, zderzaczy niskoenergetycznych, np. Belle II, czy używanych w doświadczeniach „beam dump” (z blokiem absorbera, takich jak NA62). Schmidt-Hoberg utrzymuje, że dzięki tej współpracy udało się opracować innowacyjne strategie badawcze, bardzo istotne, jeśli chce się w pełni wykorzystać możliwości tych ośrodków doświadczalnych i pomoc, jaką oferują w zakresie poszukiwań ciemnej materii. Uczeni zidentyfikowali na przykład nowe sygnatury, które dają się obserwować podczas przeprowadzania znanych już doświadczeń. Zagłębili się także w rozważania dotyczące kształtu przyszłych eksperymentów, w których dałoby się zbadać najbardziej interesujące scenariusze dotyczące ciemnej materii. „Mimo że nadal nie dysponujemy wyraźnym sygnałem doświadczalnym właściwym dla nieuchwytnych cząstek ciemnej materii, projekt NewAve poszerzył nieco nasze możliwości w zakresie środków poszukiwań, którymi dysponujemy”, zauważa Schmidt-Hogberg. „W efekcie zyskaliśmy większe szanse powodzenia w przyszłości”.
Poszukiwania trwają
Osiągnięcia projektu podsumowuje znaczna liczba publikacji naukowych. Schmidt-Hoberg podkreśla: „Zakładam, że część z nich wywrze trwały wpływ na społeczność naukową zajmującą się problemem ciemnej materii. Lepsze teoretyczne zrozumienie kwestii związanych z ciemną materią, jakie jest efektem trwania tego projektu, otwiera nowe ścieżki badań w poszukiwaniu ciemnej materii”. Schmidt-Hoberg skorzystał także osobiście na pracach nad projektem. Dzięki odniesionemu sukcesowi zabezpieczył swoją pozycję stałego członka Grupy Teoretycznej w DESY, dzięki czemu będzie mógł kontynuować swoje badania nad ciemną materią.
Słowa kluczowe
NewAve, ciemna materia, sygnatury zderzeń, fizyka, astrofizyka, kosmologia