W podziemnym laboratorium Gran Sasso we Włoszech, pod 1400-metrową warstwą skały chroniącej eksperymenty przed promieniami kosmicznymi, które mogłyby zafałszować ich wyniki, fizycy wypatrują maleńkich wybuchów światła w dużym zbiorniku wypełnionym ciekłym ksenonem. Sygnały te mają świadczyć o interakcji pomiędzy jednym z tych dużych atomów o 54 protonach a nieuchwytną cząstką ciemnej materii. Substancja, o której praktycznie nic nie wiadomo, poza tym, że nie emituje światła i że w bardzo niewielkim stopniu oddziałuje z otoczeniem, z wyjątkiem swojej masy, poprzez grawitację.
Stanowi ona jednak około 27 proc. materii obecnej we Wszechświecie, w porównaniu do 5 proc. zwykłej materii, z której jesteśmy zbudowani, jak również wszystkich obiektów, które widzimy – od naszej porannej filiżanki kawy, po najbardziej odległe galaktyki. Ale jak możemy być pewni, że coś, czego nie widzimy, istnieje naprawdę? Prawda jest taka, że naukowcy nie mają co do tego pewności. Wiedzą jedynie, że masa galaktyk jest o wiele większa niż suma zwykłej materii, którą w nich widzimy, i że muszą one zatem zawierać „coś” jeszcze, co jest niewidoczne, ale niesie ze sobą swój ciężar.
Nieuchwytne składniki
Zainicjowany w 2016 r. eksperyment XENON1T, wykorzystujący 3,3 t ksenonu, został zakończony w 2018 r. z myślą o aktualizacji nazwanej XENONnT, wyposażonej w 8,3 t tego samego cennego płynu w celu zwiększenia szans na wykrycie. Jednak duża ilość danych zgromadzonych przez XENON1T jest nadal analizowana. W ubiegłym roku ujawniły się pewne nieoczekiwane wydarzenia, które wciąż szukają wyjaśnienia. Rzeczywiście, pierwszy prawdopodobny trop dotyczący hipotetycznych cząstek produkowanych przez Słońce, zwanych aksjonami i uważanych za możliwe składniki ciemnej materii, został ostatecznie wykluczony. Ilość aksjonów potrzebna do odtworzenia sygnału zarejestrowanego przez eksperyment była sprzeczna z tym, co astrofizycy obserwują na temat ewolucji najbardziej masywnych gwiazd.
Zespół z Uniwersytetu Cambridge, kierowany przez Włocha Sunny’ego Vagnozzi, przedstawił właśnie w czasopiśmie naukowym „Physical Review D” wyjaśnienie, któremu nie brakuje pikanterii, ponieważ opiera się na jedynym składniku Wszechświata (68 proc.), o którym wiemy jeszcze mniej niż o ciemnej materii, a mianowicie – na ciemnej energii! Hipotetyczna forma energii, która równomiernie wypełniałaby Wszechświat i zachowywała się w dużej skali, jak odpychająca siła grawitacyjna. Byłaby to więc przyczyna przyspieszenia ekspansji Wszechświata. Zgodnie z modelem opracowanym przez tych badaczy, anomalie wykryte przez XENON1T mogą być zatem spowodowane przez cząstki ciemnej energii wytwarzane w strefie Słońca zwanej tachokliną, gdzie pola magnetyczne są szczególnie silne.
Czy możemy powiedzieć, że XENON1T wykrył cząstki ciemnej energii poprzez śledzenie ciemnej materii? Jest jeszcze za wcześnie! Rzeczywiście, ciekawe zdarzenia zarejestrowane przez eksperyment nie są statystycznie istotne na tym etapie. Przynajmniej nie na tyle, by mówić o odkryciu. Dopiero kontynuacja eksperymentów prowadzonych w podziemnym laboratorium Gran Sasso pozwoli potwierdzić lub zaprzeczyć tej atrakcyjnej hipotezie.
