Cercetătorii din întreaga lume se apropie de descoperirea naturii materiei întunecate și energiei întunecate, care reprezintă 95% din univers, potrivit Sciencedaily. Dr. Rupak Mahapatra de la Universitatea Texas A&M dezvoltă detectori semiconductori avansați cu senzori cuantici criogenici pentru a dezvălui această majoritate ascunsă a cosmosului.
Materia întunecată și energia întunecată domină universul
Aproximativ 95% din cosmos este format din materia întunecată și energia întunecată, lăsând doar 5% ca materia familiară pe care o putem vedea în jurul nostru. Energia întunecată este componenta dominantă, reprezentând aproximativ 68% din energia totală a universului, în timp ce materia întunecată contribuie cu aproximativ 27%. Restul de 5% reprezintă toată materia vizibilă din galaxii, stele și planete.
„Este ca și cum ai încerca să descrii un elefant atingându-i doar coada. Simțim ceva masiv și complex, dar înțelegem doar o mică parte din el”, a declarat Mahapatra, fizician experimental de particule la Universitatea Texas A&M. Această comparație ilustrează perfect limitările cunoștințelor actuale despre univers.
Provocările detectării materiei întunecate
Deși ambele sunt abundente, nici materia întunecată, nici energia întunecată nu emit, nu absorb sau nu reflectă lumina, ceea ce face observația directă extrem de dificilă. Oamenii de știință studiază în schimb influența lor prin gravitație, care afectează modul în care se mișcă galaxiile și cum se formează structurile la scară largă.
Materia întunecată alcătuiește cea mai mare parte a masei găsite în galaxii și grupuri de galaxii, jucând un rol major în modelarea structurii lor pe distanțe cosmice vaste. Energia întunecată se referă la forța din spatele expansiunii accelerate a universului. Simplu spus, materia întunecată acționează ca o lipici cosmică, în timp ce energia întunecată determină spațiul însuși să se extindă din ce în ce mai repede.
Tehnologii revoluționare de detectare
„Provocarea este că materia întunecată interactionează atât de slab încât avem nevoie de detectori capabili să vadă evenimente care s-ar putea întâmpla o dată pe an, sau chiar o dată pe deceniu”, a declarat Mahapatra. Echipa sa de la Texas A&M dezvoltă detectori cu o sensibilitate extraordinară, instrumente concepute pentru a detecta particule care interacționează cu materia obișnuită doar în ocazii rare.
Aceste interacțiuni rare ar putea oferi indicii critice despre natura materiei întunecate. Mahapatra și echipa sa au jucat un rol într-o căutare globală de vârf a materiei întunecate folosind un detector cunoscut sub numele de TESSERACT. „Este vorba despre inovație”, a spus el. „Găsim modalități de a amplifica semnalele care anterior erau îngropate în zgomot.”
Cercetări de 25 de ani în detectarea particulelor
Eforturile actuale ale lui Mahapatra se bazează pe decenii de experiență în avansarea metodelor de detectare a particulelor. În ultimii 25 de ani, el a contribuit la experimentul SuperCDMS, care a efectuat unele dintre cele mai sensibile căutări ale materiei întunecate din lume. Universitatea Texas A&M se numără printre un grup mic de instituții care participă la experimentele TESSERACT.
Într-o lucrare de referință din 2014 publicată în Physical Review Letters, Mahapatra și colaboratorii săi au introdus detectarea ionizării calorimetrice asistată de tensiune în experimentul SuperCDMS. Această descoperire a făcut posibilă studierea WIMP-urilor cu masă mică, un candidat principal pentru materia întunecată, îmbunătățind semnificativ capacitatea oamenilor de știință de a detecta particule care anterior erau în afara limitelor.
Particule WIMP și strategii multiple de căutare
WIMP-urile (Particule Masive cu Interacțiune Slabă) sunt considerate una dintre cele mai promițătoare posibilități pentru materia întunecată. Aceste particule ipotetice ar interacționa prin gravitație și forța nucleară slabă, ceea ce explică de ce sunt atât de dificil de detectat. Mahapatra și coautorii săi au avut recent lucrarea prezentată în prestigioasa revistă Applied Physics Letters.
În 2022, Mahapatra a fost coautor al unui alt studiu care examina multiple abordări pentru găsirea unui WIMP, inclusiv detectarea directă, detectarea indirectă și căutările cu colizorul. Lucrarea subliniază importanța combinării diferitelor strategii pentru a aborda problema materiei întunecate. „Niciun experiment singular nu ne va da toate răspunsurile”, observă Mahapatra. „Avem nevoie de sinergie între diferite metode pentru a recompune imaginea completă.”
Implicații pentru viitorul fizicii
Înțelegerea materiei întunecate depășește cu mult curiozitatea academică și ar putea dezvălui principii fundamentale care guvernează universul însuși. „Dacă putem detecta materia întunecată, vom deschide un nou capitol în fizică”, a declarat Mahapatra. Această descoperire ar putea revoluționa înțelegerea noastră despre cosmos și legile fundamentale ale naturii.
„Căutarea necesită tehnologii de detectare extrem de sensibile și ar putea duce la tehnologii pe care nici măcar nu le putem imagina astăzi”, a adăugat cercetătorul. Dezvoltarea acestor detectori avansați nu doar că ar putea rezolva misterul materiei întunecate, dar ar putea genera și aplicații tehnologice neașteptate în alte domenii ale științei și ingineriei.
