1,5 kilometer under bakken forsøker forskere å ta en mystisk partikkel på fersken idet den krasjer med et atom.
LUX-ZEPLIN-eksperimentet er laget for å avsløre mørk materie, og nå har forskere sett et signal de ikke kan forklare.
Kan det være første glimt av den mystiske substansen som står for 85 prosent av massen i universet?
– Ekstremt spennende
– Med bare én hendelse ønsker vi ikke å trekke konklusjonene for langt. Vi hevder ikke at vi har sett mørk materie. Men vi har sett noe interessant som vi ønsker å dele med forskningsmiljøet for å få deres vurdering, sier Rick Gaitskell i en pressemelding.
Han er professor og partikkelfysiker ved Brown University og talsperson for LUX-ZEPLIN-eksperimentet.
Nyheten vekker oppsikt.
– Som mange av mine kollegaer synes jeg dette er ekstremt spennende, sier Are Raklev, professor i teoretisk fysikk ved Universitetet i Oslo.
– Men etter å ha jobbet på dette feltet i mange år, har jeg jo utviklet en viss form for skeptisk holdning og kynisme.
Likevel er det noe spesielt ved det nye signalet, sier han.
Are Raklev er professor ved Universitetet i Oslo.(Foto: Katrine Lunke/ UiO)
Venter på treff
Den mørke materien sender ikke ut lys eller stråling og er dermed ikke synlig. Årsaken til at forskere tror mørk materie eksisterer, er gravitasjonsvirkningen den har på vanlig materie.
Observasjoner i universet har vist at galakser og galaksehoper er mye tyngre enn de burde være. Det ser ut til å være noe mer til stede enn stjerner, gass og planeter. Den mest utbredte teorien er at det dreier seg om en ukjent partikkel.
I LUX-ZEPLIN-eksperimentet prøver forskere å få et glimt av den.
Instrumentet de bruker, ligger 1,5 kilometer under bakken i en gammel gruve ved Sanford Underground Research Facility i Sør-Dakota, der det er beskyttet mot stråling fra rommet.
En teori er at mørk materie er en såkalt WIMP – weakly interacting massive particle – som svært sjelden samhandler med andre partikler. De fyker bare igjennom jorden. En sjelden gang krasjer kanskje en partikkel med et atom.
Dette prøver forskerne å se i LUX-ZEPLIN- eksperimentet. Det består av et kammer med ti tonn flytende xenon og svært følsomme måleinstrumenter.
Skulle en mørk materie-partikkel krasje, ses et lysglimt. I tillegg vil elektroner på naboatomer bli slått løs. De blir ledet opp til overflaten av væsken og lager et lysglimt til.
Annonse
Illustrasjon av hva som skjer når en kollisjon oppdages.(Illustrasjon: Greg Stewart, SLAC National Accelerator Laboratory)
Forskere har nå sett et signal som matcher det man kunne forvente ved et treff fra mørk materie og som ikke ser ut til å kunne forklares av vanlig bakgrunnsstøy.
Resultatet ble formidlet på konferansen TeV Particle Astrophysics 2026 i Japan nylig. Forskerne har publisert en artikkel på nettstedet ArXiv som ikke er fagfellevurdert ennå og har sendt inn studien til tidsskriftet Physical Review Letters.
Oppdagelsen har utløst et skred av vitenskapelige artikler som prøver å forklare signalet, sier Raklev.
– Den mest populære forklaringen kalles higgsino-mørk materie. Det er noe man har snakket om de siste 15 årene som en sannsynlig forklaring på mørk materie.
Higgs-bosonet var antatt å eksistere, men ble for første gang påvist i 2012. Higgsino er en hypotetisk «supersymmentrisk partner» til Higgs-bosonet, forklarer Raklev.
– Supersymmetri er en teori som teoretiske fysikere er veldig glad i. Den sier at til alle fermioner finnes det bosoner, eller sagt på en annen måte: For hver materie-partikkel finnes det en partner som er kraftbærende.
Higgsino er dermed foreslått å være en materie-partner for higgsbosonet og er en mørk materie-kandidat.
Temmelig tung
Higgsino passer godt, siden det er naturlig at den ikke er oppdaget før nå, sier Raklev.
Partikkelkandidaten er relativt tung og dermed vanskelig å oppdage når de knuser partikler i akseleratoren Large Hadron Collider i Sveits.
– Kollisjonen i eksperimentet tilsvarer en masse som gjør at det vil være akkurat riktig mengde av higgsinoer for å forklare mørk materie. Det er altså mye ved denne ene hendelsen som er tiltrekkende.
Annonse
Massen på den mulige partikkelen er minst 200 ganger og sannsynligvis 1.000 ganger så høy som hos et proton, ifølge en artikkel hos Nature.
Det har imidlertid også kommet vitenskapelige artikler som handler om hvordan funnet kan passe med andre mørk materie-kandidater, forteller Raklev.
Hoved-detektoren i LUX-ZEPLIN-eksperimentet før installering.(Foto: Matthew Kapust/Sanford Underground Research Facility)
Kosmisk stråling og radioaktivitet forstyrrer
LUX-ZEPLIN-eksperimentet viser en av de tre måtene man leter etter mørk materie på, sier Raklev.
– Det kalles direkte deteksjon. Det er på en måte den ekleste formen å lete på, å sitte å vente til du blir truffet av noe.
– Dette skjer utrolig sjelden fordi mørk materie vekselvirker veldig lite med verden rundt seg. Man må bygge store eksperimenter og vente lenge.
Mye annet kan lage signaler i instrumentet som ser ut som mørk materie.
– For eksempel kan et sånt eksperiment bli truffet av kosmisk stråling som bombarderer jorden hele tiden. Det betyr at disse eksperimentene vanligvis er skjult under bakken i en gruve eller lignende, sier Raklev.
Et annet problem er radioaktivitet, som finnes under bakken og i materialet eksperimentet er bygget av.
– Man må ha gode strategier for å unngå å misforstå radioaktiv stråling som mørk materie.
Hva skjer videre, hvordan kan det nye signalet bekreftes eller avkreftes?
Annonse
– Vi venter spent på at det skal komme mer data fra dette eksperimentet eller at andre pågående direkte deteksjons-eksperimenter skal rapportere om sine data. De har nå fått det travelt med å lete i det samme energi-området der det er sett et signal, sier Raklev.
Det er godt mulig at signalet viser seg å stamme fra bakgrunnsstøy av noe slag.
– En forklaring jeg hørte nylig, er at det kan skyldes et støvkorn som er bitte litt radioaktivt og som har forvillet seg inn i instrumentet, sier Raklev.
– Men vi er inne i en veldig spennende periode når det gjelder mørk materie. Så får vi se om dette holder vann eller ikke.
