Jedan bljesak u rudniku: jesmo li napokon uhvatili tamnu materiju?

Znaš onu noć kad u mraku začuješ jedan jedini škljocaj u kući, pa ležiš budan i čekaš drugi, a on nikako da dođe? Iz jednog zvuka ne možeš znati je li to netko na vratima ili se samo drvo steže od hladnoće, pa ostaješ negdje između straha i smijeha.

U takvoj se noći ovih tjedana nalaze fizičari koji traže tamnu materiju. Povod za ovaj tekst bio je razgovor na kanalu StarTalk s Katherine Freese, fizičarkom koja se tamnom materijom bavi cijelu karijeru.

Fizičarka koja je među prvima objasnila taj bljesak odmah je rekla i kako se njezina ideja može srušiti, a samo šest dana kasnije netko je to i provjerio.

Tamnom materijom zovemo ono nešto što drži galaksije na okupu. Zvijezde na rubu naše Mliječne staze jure toliko brzo da bi se razletjele kad ih ne bi držala dodatna gravitacija. Sve što vidimo, zvijezde, planeti i plin, ni izdaleka nije dovoljno teško za to. Tog nevidljivog ima gotovo šest puta više nego obične materije, ali ono ne svijetli, ne odbija svjetlo i prolazi kroz nas kao da nas nema.

Da bi je ulovili, fizičari su se spustili duboko pod zemlju. U starom rudniku zlata u Južnoj Dakoti, oko kilometar i pol ispod površine, stoji detektor LUX-ZEPLIN, veliki spremnik tekućeg ksenona. Stijene iznad njega štite ga od zračenja iz svemira koje bi smetalo mjerenju. Zamisao je jednostavna: ako čestica tamne materije udari u jezgru atoma ksenona, jezgra odskoči, ksenon kratko zasvijetli, a osjetljivi senzori taj bljesak uhvate.

Šesnaestog lipnja 2023. uhvatili su jedan takav bljesak, i to jači nego što se u ovakvim pokusima inače traži. Po njihovu računu, sve obične smetnje zajedno trebale su na toj jačini dati tek stotinku jednog bljeska, a dobili su cijeli jedan. Jedan bljesak nije dokaz, i to znaju i oni sami, ali bio je dovoljan da se fizičari diljem svijeta bace na računanje.

Među prvima su bili Katherine Freese i njezin student Dionysios Theodosopoulos, koji su rad o tome napisali u 24 sata. Predložili su da je bljesak ostavio higgsino, zamišljena čestica koja bi bila teški rođak poznatog Higgsova bozona, više od tisuću puta teža od protona.

Zašto baš on? Higgsino se pri sudaru ne bi samo odbio kao biljarska kugla, nego bi morao prijeći mali prag, kao onaj na vratima. Spore čestice na tom pragu zapnu i ne dogodi se ništa, a prijeđu samo one najbrže, koje udare jako. Zato bi detektor dugo šutio, a onda rijetko, ali snažno bljesnuo, baš kao onog lipnja.

Freese je u istom dahu rekla i kako njezinu ideju provjeriti. Ako takve čestice lete kroz Zemlju, lete i kroz Sunce, koje bi ih s vremenom hvatalo i skupljalo u svojoj sredini. Kad se dvije ondje sretnu, unište jedna drugu, a pritom nastaju neutrini, sićušne čestice koje prolaze kroz gotovo sve i lako stignu do nas.

Takve neutrine hvataju dva velika detektora, IceCube zakopan u ledu na Južnom polu i japanski Super-Kamiokande. Šest dana nakon njezina rada skupina fizičara oko Debajita Bosea provjerila je mjerenja tih detektora i izračunala da se higgsino, onakav kakav bi objasnio bljesak, u njih ne uklapa. Ostaje jedna rupa: taj račun pretpostavlja da se tamna materija kroz galaksiju kreće onako kako obično mislimo, a ako se kreće drukčije, priča još nije gotova.

Odgovor zato neće dati novi računi nego novi podaci. LUX-ZEPLIN mjeri i dalje, a Freese kaže da isti bljesak mogu potražiti i drugi slični detektori, XENON i kineski PandaX, koji bljeskove te jačine dosad nisu tražili. Ako je bljesak bio stvaran, trebao bi se ponoviti.

Sljedeći put kad u mraku začuješ jedan škljocaj i čekaš drugi, znaj da nisi sam, jer tone ksenona duboko pod Južnom Dakotom čekaju isto. Cijeli razgovor Neila deGrassea Tysona i Katherine Freese je na StarTalku, i ondje ima još.