Ευγενή υγρά στην έρευνα σκοτεινής ύλης

Το όνομα «Δαρβίνος» μπορεί να ταίριαζε περισσότερο σε ένα επιστημονικό πρόγραμμα βιολογίας, αλλά στην πραγματικότητα είναι ένα πρόγραμμα φυσικής με σκοπό να ανιχνεύσει σωματίδια σκοτεινής ύλης, τα λεγόμενα WIMPs (σωματίδια μεγάλης μάζας και ασθενούς αλληλεπίδρασης).

Πρόκειται για μια ευρωπαϊκή μελέτη για έναν ανιχνευτή που θα χρησιμοποιεί ευγενή υγρά και θα ζυγίζει αρκετούς τόνους. Τα ευγενή υγρά είναι η υγρή μορφή των ευγενών αερίων (ήλιο, νέο, αργό, κρυπτό, ξένο, ραδόνιο). Τα σημεία τήξης και βρασμού τους διαφέρουν μόνο κατά περίπου 10 °C, με αποτέλεσμα να είναι σε υγρή κατάσταση μόνο για περιορισμένο εύρος θερμοκρασιών.

Οι ερευνητές ευελπιστούν πως ο ανιχνευτής θα έχει τη δυνατότητα να εντοπίσει νετρίνο χαμηλής ενέργειας από τον Ήλιο αλλά και να συνεισφέρει στην έρευνα διπλής βήτα αποσύνθεσης, μιας ραδιενεργής διαδικασίας όπου ο πυρήνας απελευθερώνει δύο σωματίδια βήτα (ηλεκτρόνια ή ποζιτρόνια υψηλής ενέργειας και ταχύτητας).

Η σκοτεινή ύλη είναι ένα από τα πιο ενδιαφέροντα μυστήρια που απασχολούν τους φυσικούς τον τελευταίο αιώνα. Γνωρίζουμε την παρουσία της χάρις σε βαρυτικά φαινόμενα μεγάλης κλίμακας αλλά μέχρι τώρα δεν έχει καταγραφεί απτά η ύπαρξή της. Μία από τις επικρατέστερες θεωρίες είναι ότι η σκοτεινή ύλη αποτελείται από σωματίδια όπως τα WIMPs, τα οποία λόγω της ιδιαίτερα ασθενούς αλληλεπίδρασής τους με την «συνηθισμένη» ύλη, δεν έχουν ανιχνευθεί ποτέ.

Συνεχίζοντας την προσπάθεια των πολλών πειραμάτων που έχουν γίνει προς αυτή την κατεύθυνση τα τελευταία χρόνια, το πείραμα XENON στο Γκραν Σάσσο της Ιταλίας κατόρθωσε πρόσφατα να θέσει τα πιο σαφή όρια της σκοτεινής ύλης, τα οποία θα προσπαθήσει τώρα να βελτιώσει το πρόγραμμα DARWIN (Δαρβίνος) με τον ισχυρότερο εξοπλισμό του.

Η ιδέα πίσω από το πρόγραμμα είναι η χρησιμοποίηση υγρού αργού και ξένου ως στόχων για τα WIMPs. Εκτιμάται ότι αυτή η καινοτόμος μεθοδολογία θα κατορθώσει να ανακαλύψει όχι μόνο την φύση της σκοτεινής ύλης, αλλά και τις ιδιότητες, τη μάζα, και τη διανομή της στο γαλαξία μας. Το σχετικό μέγεθος και ο χρονισμός των φορτίων και των σωματιδίων φωτός στον θάλαμο του ανιχνευτή θα δημιουργήσουν τις βέλτιστες συνθήκες για ένα πείραμα τέτοιου βεληνεκούς.

Η κατασκευή του DARWIN θα ξεκινήσει το νωρίτερο το 2017 στο Γκραν Σάσσο και θα είναι σε λειτουργία το 2018. Η σημαντικότερη πρόκληση του έργου θα είναι το υψηλό κόστος, το οποίο περιλαμβάνει την κατασκευή και τον κρυοστατικό σχεδιασμό του ανιχνευτή, την επεξεργασία των ευγενών υγρών και την χρήση υποραδιενεργών υλικών, και υπολογίζεται στα 100 εκατομμύρια ευρώ.

Πηγή: http://www.naftemporiki.gr/news/cstory.asp?id=2262801