Nowe technologie umożliwiają wykrywanie ciemnej materii
Niemal cała energia istniejąca w naszym Wszechświecie występuje w formie ciemnej materii. Pomimo ilości tej materii wciąż wiemy o niej zaskakująco niewiele. „Ciemna materia wydaje się oddziaływać głównie poprzez siłę grawitacji i prawdopodobnie składa się z cząstek elementarnych, które nie zostały jeszcze zidentyfikowane”, zauważa Marcin Kuźniak, kierownik grupy w Centrum Nauki i Techniki Astrofizyki Cząstek, autonomicznej jednostce Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika Polskiej Akademii Nauk. Dotychczas pozostaje to jednak tylko hipotezą. Zagadnienie istoty ciemnej materii i jej powstawania pozostaje jednym z największych nierozwiązanych problemów fizyki. Zaczynamy jednak odsłaniać kurtynę skrywającą tę tajemnicę, częściowo dzięki inicjatywom takim jak finansowany przez Unię Europejską i przemysł projekt DarkWave. Zespół projektu DarkWave opracowuje nowe technologie, które umożliwią stworzenie wykrywaczy ciemnej materii nowej generacji, które posłużą do obserwacji Wszechświata. „Dzięki odpowiednim technologiom, te bardzo duże detektory, zwykle znajdujące się w podziemnych laboratoriach, pozwolą nam na bezpośrednie wykrywanie ciemnej materii”, dodaje Kuźniak, który pełnił funkcję koordynatora projektu.
Nowe technologie pozwalają na zwiększenie czułości wykrywania
W ramach projektu naukowcy z CAMK PAN połączyli siły z czterema instytucjami partnerskimi z Francji, Niemiec i Włoch, aby opracować kompleksowy zestaw technologii umożliwiających wykrywanie ciemnej materii. Obejmują one nowe materiały zmieniające długość fali i fotoczujniki, a także nowe czujniki sejsmiczne i infradźwiękowe, które mogą być wykorzystywane do monitorowania poziomu zakłóceń tła wokół wykrywacza. Badacze opracowali także algorytmy umożliwiające przetwarzanie sygnałów i ich analizę, które mogą być wykorzystywane do wydobywania informacji z danych zebranych przez wykrywacze. Ponadto dzięki projektowi naukowcy zyskali możliwość zakupu materiałów potrzebnych do przeprowadzania doświadczeń, badań i testów. „Wszystkie te technologie i uzyskane wsparcie pozwoliły nam na osiągnięcie bezprecedensowej czułości wykrywaczy”, zauważa Kuźniak.
Rozwój technologii wykrywaczy ciemnej materii
Opracowywane technologie przyczyniły się już do badań mających na celu badanie natury ciemnej materii. Budowany obecnie wykrywacz DarkSide-20k wykorzystuje nowe materiały fluorescencyjne i odblaskowe, które powstały w ramach projektu. Materiały te znacznie poprawią czułość wykrywacza na światło, jednocześnie znacząco upraszczając jego konstrukcję. Zespół projektu przyczynił się również do opracowania dwóch stanowisk do badań kriogenicznych w Warszawie, gdzie tego typu materiały są obecnie testowane wraz z ultranowoczesnymi matrycami fotoczujników w reprezentatywnych warunkach przed instalacją w wykrywaczu. Projekt DarkWave połączył ponadto społeczności zajmujące się ciemną materią i falami grawitacyjnymi. W ramach projektu badacze opracowali i przetestowali nowe sieci czujników sejsmicznych i infradźwiękowych do monitorowania tła w obserwatorium fal grawitacyjnych Virgo. Zostały one również wykorzystane do mapowania środowiska sejsmicznego i infradźwiękowego na obszarze doświadczenia DarkSide-20k.
Pomoc młodym naukowcom w zdobywaniu praktycznego doświadczenia
Poza opracowywaniem nowych technologii, zespół projektu koncentrował się na wspieraniu młodych naukowców i badaczy na wczesnym etapie kariery, a także na rozwijaniu możliwości jednostki będącej gospodarzem projektu poprzez współpracę z zaawansowanymi instytucjami partnerskimi. Dzięki projektowi naukowcy mogli wziąć udział w kilku projektach pomiarowych, między innymi w CERN i obserwatorium Virgo. „Mobilność wynikająca z projektu DarkWave stała się katalizatorem gromadzenia wiedzy i doświadczeń, w związku z czym stanowi jeden z najważniejszych rezultatów tej inicjatywy”, zauważa Yuliya Hoika, specjalistka ds. koordynacji unijnych projektów w CAMK PAN. Badacze ci, podobnie jak cały zespół projektowy, są teraz gotowi do dalszego gromadzenia wiedzy, budowania sieci kontaktów i rozwijania innowacyjnych pomysłów wspieranych przez DarkWave. Obejmują one badanie potencjału komercjalizacji niektórych rozwiązań opracowanych w ramach projektu, a także rozpoczęcie realizacji projektu STELLAR dzięki wsparciu ze środków działania „Maria Skłodowska-Curie” oraz finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu Astrocent Plus realizowanych w ramach programu Horyzont Europa.
Słowa kluczowe
DarkWave, ciemna materia, wykrywacze, niewidzialny Wszechświat, Wszechświat, grawitacja, fizyka, zmiana długości fali, fotoczujniki, czujniki sejsmiczne, czujniki infradźwięków, algorytmy, detektor DarkSide-20k, fale grawitacyjne