GNOME este un experiment bazat pe o rețea de detectoare de materie întunecată, magnetometre foarte sensibile, răspândite în întreaga lume. Au fost recent publicate primele rezultate după 100 de zile de măsurători; materia întunecată nu a fost descoperită, însă au fost puse noi limite asupra posibilelor caracteristici ale acesteia.

Materia întunecată

Mare parte din materia din Univers ar fi o așa-numită materie întunecată, care nu știm din ce ar fi alcătuită. Această materie întunecată ar atrage gravitațional materia normală și ar fi de 5-6 ori mai multă decât aceasta în Univers. Una dintre dovezi ar fi viteza de rotație a stelelor din periferia galaxiilor care depinde de atracția gravitațională a materiei din galaxie; dacă ținem cont doar de materia vizibilă calculele dau o viteză mult mai mică decât cea măsurată. Din acest motiv, care nu este însă unicul, credem că în Univers pe lângă materia vizibilă există o materie care nu emite lumină, o materie întunecată.

Din ce ar fi compusă materia întunecată?

Materia întunecată ar fi compusă din particule – nu însă particulele pe care le cunoaștem și care fac parte din Modelul Standard, precum cuarcii sau electronii, ci din particule care aparțin unui model „dincolo” de Modelul Standard. Nu știm care ar putea să fie însă acest model – întrucât există mai multe versiuni: unele prevăd existența unor particule de materie întunecată cu masă mare, altele, dimpotrivă, cu masă extrem de mică. Aceste particule sunt căutate intens în experimente atât la acceleratoarele de particule unde se încearcă producerea lor în ciocniri ale particulelor cunoscute (prin intermediul unor interacțiuni în plus) dar și în laboratoare subterane unde se încearcă să se măsoare semnale ale trecerii materiei întunecate prin detectoare de particule extrem de sensibile. În acest context un nou experiment, GNOME, care a început recent căutările de materie întunecată, este extrem de interesant, întrucât folosește o metodă nouă și originală.

GNOME

GNOME reprezintă o rețea de 14 magnetometre situate în diverse țări de pe globul pământesc, precum Germania, Serbia, Polonia, Israel, Coreea de Sud, China, Australia și SUA. Aceste detectoare sunt capabile să măsoare semnale ale unui anumit tip de materie întunecată – care corespunde așa-numitelor particule extrem de lejere ALP (axion-like particle) care ar putea forma structuri în Univers – chiar un fel de „pereți” de materie întunecată. Cum funcționează detectoarele GNOME? Spinii nucleelor detectoarelor sunt aliniați cu ajutorul laserilor; dacă detectoarele traversează zone de materie întunecată aceasta poate distruge aliniamentul – generând semnale măsurabile. Din distribuția acestor semnale se pot deduce caracteristicile structurilor de materie întunecată.

Primele rezultate

GNOME a funcționat cu 9 din cele 14 detectoare pe o durata de 100 de zile. Datele obținute au fost analizate și rezultatele publicate într-un articol recent în revista Nature Physics. Nu au fost descoperite semnale ale materiei întunecate în intervalul de masă între un femtoelectronvolt (feV), adică 10 la puterea minus 15 electronVolt (masa unui proton în această unitate este aproape un miliard de electronVolt!)  și 100.000 feV. Chiar dacă nu au fost măsurate semnale ale existenței materiei întunecate rezultatul este important întrucât îi ajută pe teoreticieni să elimine acele teorii care prevăd existența acestor semnale.

Avdanced GNOME

În viitor colaborarea GNOME are obiectivul de a construi o rețea de detectoare și mai sensibile, cu gaze nobile în interior. Noul proiect, Advanced GNOME, va continua căutarea materie întunecate cu o sensibilitate mai mare. Vom descoperi astfel dacă Terra traversează pereți de materie întunecată în drumul ei prin Univers și vom avea (sau nu) mai multe informații despre acest mare mister al fizicii moderne: materia întunecată!

Credit imagine: Shutterstock/bluebay

Rubrică realizată de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesoară de Fizică la Colegiul Naţional „Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe