Mørk materie kan være funnet i fransk gruve

Franske fysikere legger fram nye resultater som kan tyde på at de har funnet partikler av mørk materie. Konkurrentene er skeptiske.

Publisert
Mørk materie er hittil bare blitt observert indirekte, for eksempel ved at det bøyer av lys som passerer forbi det på sin vei gjennom rommet. Det fenomenet kan man se på bildet under, hvor den mørke materien i galaksehopen Abell 2218 bøyer av lys fra fjernere galakser, som dermed blir forvrengt (de lange, lysende strekene). (Foto: NASA)
Mørk materie er hittil bare blitt observert indirekte, for eksempel ved at det bøyer av lys som passerer forbi det på sin vei gjennom rommet. Det fenomenet kan man se på bildet under, hvor den mørke materien i galaksehopen Abell 2218 bøyer av lys fra fjernere galakser, som dermed blir forvrengt (de lange, lysende strekene). (Foto: NASA)

Forskjellige typer WIMPS

Den amerikanske forskergruppen CDMS frambrakte signaler med energier på 12 og 15 KeV.

Den franske forskergruppen EDELWEISS-II hadde signaler med energier på mer enn 20 KeV.

Hvis signalene skyldes partikler av mørk materie, så stammer de sannsynligvis fra forskjellige typer WIMPS.

Bakgrunnssignaler

Bakgrunnssignalene stammer fra omgivelsene, nemlig nedbryting fra germaniumisotoper, radioaktive nedbryting i steinmassene omkring, samt nedbryting av radonet. I denne sammenhengen kan det forklare tre av de i alt fem signalene.

EDELWEISS

Eksperimentet EDELWEISS-II er gjennomført i «Laboratoire Souterrain de Modane», som er et laboratorium langt under jordens overflate.

Franske fysikere har nettopp publisert målinger som de mener tyder på at de har oppdaget partikler av mørk materie. Oppdagelsen skal ha skjedd i et laboratorium 1700 meter under jordens overflate – like ved grensen mellom Frankrike og Italia.

Hvis forskerne virkelig har oppdaget mørk materie, er det et stort gjennombrudd.

Tross en intens jakt er det nemlig ingen som har klart å observere den mørke materien direkte, selv om det ifølge teorien utgjør fire femtedeler av universets samlede masse.

Detektorer høster ladninger

Forskerne har vært raske til å publisere de nye dataene på et faglig onlinemedium som tar imot artikler før de har vært gjennom fagfellevurdering (peer review).

I publikasjonen argumenterer forskerne for at de kan ha oppdaget partikler av mørk materie i form av såkalte WIMPS (Weakly Interacting and Massive Particles), som er den mest populære kandidaten til mørk materie.

Det utstyret som forskerne har brukt, måler mengden av elektriske ladninger som oppstår når WIMPS treffer germaniumkrystaller.

Gjennom det siste året har utstyret frambrakt fem signaler som kan komme fra en WIMP. Mørk materie er imidlertid ikke det eneste som kan gi slike signaler.  De kan også oppstå på grunn av forskjellige naturlige prosesser, og slik bakgrunnsstøy må selvfølgelig trekkes fra.

Når man tar høyde for støyen, står forskerne tilbake med to partikler som de håper at stammer fra mørk materie.

– Men vi kan fortsatt ikke være sikre; derfor kan vi heller ikke dra noen endelige konklusjoner. Men dette er noe som må undersøkes nærmere, sier eksperimentets talsmann, Gilles Gerbier.

Konkurrenter gjør motstand

Resultatene fra den franske forskergruppen, EDELWEISS-II, blir møtt med skepsis fra konkurrerende forskergrupper.

En av dem er forskergruppen Cryogenic Dark Matter Search (CDMS), som holder til i den amerikanske Soudan-gruven i staten Minnesota.

Forskerne der forsøker å oppdage den mørke materien med lignende utstyr og vet av bitter erfaring at slike signaler like godt kan være tilfeldige statistiske variasjoner, altså god, gammeldags støy.

– Signalene deres er ikke noen vitenskapelig oppdagelse. Studien er viktig for forskningsområdet, men det er ikke snakk om noe egentlig funn, påpeker Bernard Sadoulet fra University of California, Berkeley, som leder det konkurrerende prosjektet.

Så sent som i 2010 sto forskergruppen hans i nøyaktig samme situasjon etter å ha oppnådd målinger som kunne stamme fra to WIMPS. Nyheten ble først hyllet som et enormt gjennombrudd i det internasjonale forskermiljøet, men det viste seg senere at det ikke kunne skilles fra signalene fra støyen.

Derfor er talspersonen Gilles Gerbier fra det franske  forsiktig når han uttaler seg, men vil ikke avvise at de faktisk har kommet i mål.

– Vi kan ikke si med sikkerhet at det ikke er noe signal. Vi er i samme ubehagelige situasjon som den amerikanske forskergruppen og vi må avvente nærmere undersøkelser, sier han.

Bakgrunnsstøyen må fjernes

Forskerne er allerede gått videre med flere eksperimenter, hvor de vil forsøke å forfine eksperimentet og redusere bakgrunnsstøyen til et absolutt minimum, slik at signalene fra den mørke materien ikke drukner.

De to forskergruppene prøver nå i fellesskap å kombinere de to datasettene for å se om de på den måten kan oppnå et overbevisende signal.

Det har aldri blitt gjort før, så forskerne vet at de her beveger seg ut på dypt vann. Men regler er til for å bli brutt, og forskerne håper at det ved hjelp av litt kreativ nytenking og teknisk dyktighet kan klare det.

Danske forskere er skeptiske

Det er flere forskere som er skeptiske til de franske målingene.

– Det er helt klart spennende, men som forskerne selv påpeker, er det ikke en egentlig oppdagelse av mørk materie, sier professor Steen Hannestad fra Institut for Fysik og Astronomi på Aarhus universitet.

Han mener at det er flere grunner til at både CDMS og EDELWEISS nylig har publisert resultatene sine, selv om ingen av gruppene har et klart bilde av hva de egentlig har funnet.

Den ene grunnen er den interne konkurransen. Begge eksperimentene har nå nådd en følsomhet der man kan begynne å forvente en oppdagelse, i og med at styrken man venter seg av den mørke materiens vekselvirkning ligger relativt tett på det som nå kan måles.

Dessuten vil den store LHC-akseleratoren på partikkelforskningssenteret CERN kanskje kunne måle produksjon av de partiklene som utgjør den mørke materien. Det vil være uheldig for CDMS og EDELWEISS hvis de ikke kommer først med oppdagelsen.

– Konklusjonen er at det kan være en overfortolkning av tilgjengelige data å si at mørk materie er oppdaget. Det KAN jo være det første hintet i den retningen, men det kan godt være en statistisk variasjon i bakgrunnen også, sier han.

Han får støtte fra post.doc. Signe Riemer-Sørensen fra DARK Cosmology Centre på Niels Bohr Instituttet ved Københavns Universitet.

– Målingene er ikke engang statistisk signifikante, men hver gang de ser noe i mørk materie-detektorer, er det jo superspennende, og jeg kan ikke la være å tenke at det kanskje er et riktig signal. I fjor var det CDMS-II som sto i en lignende situasjon, hvor de kanskje hadde oppdaget mørk materie. Selv om det ikke umiddelbart er noen sammenheng mellom de to resultatene, er det ytterst interessant at de to eksperimentene nå går sammen om en felles analyse av dataene, og så får vi se hvor det fører hen, sier hun.

___________________

© videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygård for forskning.no

Referanser

EDELWEISS-IIs nettsted

Dark matter signal sparks interest, but falls short of discovery (Nature, blog)

Mørk materie, Wikipedia