Mørk materie funnet. Kanskje

I bånn av ei gammel jernmine i Minnesota har høyavanserte detektorer fanget opp to helt spesielle hendelser. Det kan dreie seg om de første registreringene av mørk materie. Eller ikke.

Publisert
Hvordan ta bilde av mørk materie? Store masser bøyer lyset. Her kikker Hubbleteleskopet igjennom en enorm hop av galakser, mot galakser som ligger bakenfor. Gravitasjonen fra galaksehopen bøyer lyset slik at bildet av galaksene bak blir underlig forstyrret. Hvor sterke slike forstyrrelser blir, kan si en del om hvor mye materie som finnes i galaksehopen. Det er blant annet slike beregninger som hinter om at det må finnes mye mer masse i galaksene enn vi kan se. (Foto: NASA/Hubble Space Telescope)
Hvordan ta bilde av mørk materie? Store masser bøyer lyset. Her kikker Hubbleteleskopet igjennom en enorm hop av galakser, mot galakser som ligger bakenfor. Gravitasjonen fra galaksehopen bøyer lyset slik at bildet av galaksene bak blir underlig forstyrret. Hvor sterke slike forstyrrelser blir, kan si en del om hvor mye materie som finnes i galaksehopen. Det er blant annet slike beregninger som hinter om at det må finnes mye mer masse i galaksene enn vi kan se. (Foto: NASA/Hubble Space Telescope)

I fysikernes verden har det surret spennende rykter de siste ukene, og endelig annonserer forskerne ved Cryogenic Dark Matter Search II (CDMSII) i USA hva de har funnet: sporene av noe som kan være to partikler av mørk materie.

Det vil i så fall være en av århundrets oppdagelser.

Men foreløpig er ingenting sikkert. Det er nemlig også en 25 prosents mulighet for at hendelsene ble forårsaket av kjente partikler, skriver Nature.

Stoffet som manglet

Selv om ingen ennå har sett den omtalte mørke materien, er forskerne temmelig overbeviste om at den finnes – i hauger og dunger. Slik saken stiller seg i dag, ser det nemlig ut til at universet mangler noe.

Beregninger av strukturen i rommet og galaksenes bevegelser tyder på at det må være mye, mye mer materiale der ute enn vi kan se. Det må i så fall dreie seg om en form for stoff som har tyngde, men som er vanskelig å merke på andre måter.

Dersom teorien stemmer, utgjør slik mørk materie omtrent 85 prosent av alt stoffet i verden. Den oversvømmer galaksene, og finnes over alt rundt oss. Men vi merker den ikke, siden den er usynlig og passerer rett igjennom hus, kropper og fjell uten å påvirke dem.

Men hva er den egentlig for noe?

Mulig sensasjon

Forskerne har lett etter partikler av mørk materie i årevis, uten sikre resultater. Dermed kan altså det nye funnet være en sensasjon.

- Hvis det virkelig dreier seg om mørk materie, er dette enormt, sier Bjørn Samset fra Fysisk Institutt ved Universitetet i Oslo.

- Det vil bekrefte så mye som vi hittil bare har trodd. Kosmologien har sett på de store strukturene i rommet og antatt at det må finnes mørk mateire. Hvis vi nå får en observasjon av en passende partikkel i en helt annen type eksperiment fra et annet fagfelt, så er det veldig stort. Da har vi virkelig forstått noe.

Men ennå er ingen sikre på at det virkelig er mørk materie som har dukket opp i detektorene.

Krystaller

Eksperimentet det er snakk om befinner seg over 700 meter under jorda, i bunnen av den nedlagte jerngruva Soudan i Minnesota. Her har forskerne satt opp detektorer som er lagd av supernedkjølte krystaller av germanium og silisium, skriver Nature.

Dersom teoriene stemmer, og jorda beveger seg igjennom en kjempedott av mørk materie som omslutter Melkeveien, skal partikler av det mystiske stoffet suse igjennom krystallene hele tida. Men stort sett skjer det ingen ting.

Atomene som alt stoff er bygd opp av består nemlig for det meste av tomrom.

De har en ørliten kjerne i midten, og noen enda mindre elektroner som suser rundt langt, langt unna. Dersom kjernen i et hydrogenatom var på størrelse med et blåbær, ville vi finne elektronet vimende rundt fem kilometer unna. Resten av atomet ville være helt tomt.

Dermed er det faktisk ikke selve massen i vanlig stoff som gjør at håndflaten din stopper når du presser den mot bordet. Det er den elektromagnetiske krafta som spiller inn, forklarer Samset.

WIMPer

De negativt ladede elektronene i hvert av atomene i hånda di støter fra seg de negative elektronene i bordet. Det er denne vekselvirkningen som hindrer oss i å spasere igjennom vegger, men som også gjør at vi kan gå på bakken og gi hverandre en klem.

Slik er det ikke med den mørke materien, tror forskerne.

Mye kan tyde på at disse partiklene ikke reagerer på de elektromagnetiske egenskapene til vanlig stoff, men er såkalte svakt vekselvirkende massive partikler – eller WIMPer (weakly interacting massive particles).

Slike partikler vil ikke bli støtt vekk, men kunne smette rett igjennom tomrommet i atomene. De vil faktisk overhodet ikke merkes, med mindre de tilfeldigvis krasjer rett inn i den bitte lille kjernen inni et atom.

Det er nettopp slike direkte krasj – masse mot masse – som kan registreres i detektoren i Soudan. Den vil kunne fange opp de ørsmå rystelsene og temperaturøkningene som følger med kollisjonene, og små elektriske ladninger som dukker opp på utsida av krystallene, skriver Nature.

Kan finne den til våren

Og nå har forskerne altså oppdaget to registreringer som kan stamme fra krasj mellom atomene i krystallene og en WIMP.

Men to er et lite antall. Og forskerne vet at resultatene også kan skyldes radioaktivitet i vanlige stoffer i gruva, skriver ScienceNews.

Etter beregningene hadde forskerne forventet litt under ett slikt signal fra radioaktivitet i løpet av samme tidsperiode, så det er ikke helt usannsynlig at begge registreringene kan skyldes noe slikt.

Etter analysene å dømme er det 75 prosent sjanse for at vi faktisk har å gjøre med mørk materie, skriver Nature, og klassifiserer foreløpig resultatene som et interessant hint.

Nå venter nok mange fysikere i spenning på andre funn som kan peke i samme retning. Et av stedene den mørke materien kan dukke opp ganske snart, er i den nye partikkelakseleratoren LHC ved CERN.

- Det kommer veldig an på hva slags partikkel den eventuelt er, sier Samset.

- Hvis vi er heldige kan vi finne dem til våren. Det vil si, vi vil kunne si at vi har funnet en ny partikkel med visse egenskaper. Og så må vi jo se om partikkelen matcher hva vi tror mørk materie kan være.

Lenker:

Nature: Two direct hits in dark matter hunt

ScienceNews: Experiment detects particles of dark matter, maybe

Guardian: Has dark matter finally been detected?

Cryogenic Dark Matter Search Homepage