Austràlia busca "matèria fosca" a la mina d'or profunda

Taula de continguts:

Austràlia busca "matèria fosca" a la mina d'or profunda
Austràlia busca "matèria fosca" a la mina d'or profunda
Anonim

A les profunditats d’una mina d’or als afores de la petita ciutat victoriana de Stowell, situada a poques hores amb cotxe al nord-oest de Melbourne, s’està construint un laboratori per buscar una de les substàncies més esquives de l’univers: la matèria fosca.

A un quilòmetre subterrani, el laboratori ara s’assembla més a una cova de la mida d’una pista de tennis que a una empresa multimilionària. Això es deu al fet que el laboratori, una associació entre la Universitat de Melbourne, ANSTO, Swinburne i altres, encara està en desenvolupament. Però si té èxit, pot ajudar a resoldre un dels majors misteris de l’astrofísica.

"Aquest és un moment crític per a nosaltres", va dir Phillip Urquiho, professor associat de la Universitat de Melbourne, físic de partícules i coordinador tècnic per a un experiment de matèria fosca anomenat SABER - Sodium Iodide with Active Background Rejection Experiment.

"El propi laboratori hauria d'estar acabat al desembre. Esperem que al novembre puguem portar alguns dels nostres equips experimentals".

La matèria fosca, que es creu que representa el 85% de la matèria de l’univers, no és fàcil de trobar. No és visible a cap de les longituds d’ona que s’utilitzen habitualment per detectar objectes espacials com el gas i la pols. A més, sembla que no interactua en absolut amb les forces electromagnètiques, cosa que significa que no absorbeix, no reflecteix ni emet llum.

Els científics només coneixen la seva existència perquè les estrelles, les galàxies i els cúmuls de galàxies exerceixen una atracció gravitatòria massa forta sense cap explicació addicional, per exemple, que en algun lloc s’amaga una pila de matèria fosca.

"Si podem trobar-lo, és un premi Nobel garantit", diu el Dr. Richard Garrett, assessor sènior d'ANSTO per a projectes estratègics. "És com [les ones gravitacionals. Aquesta és una altra cosa que estava buscant durant 30-40 anys, fins que finalment aquests enormes experiments (en particular, l'Observatori de les Ones Gravitacionals Interferomètriques amb Làser) no ho van trobar".

Però la cerca de matèria fosca fins ara no ha tingut èxit. Tot i així.

Sota els nostres nassos

Els investigadors intenten detectar la matèria fosca a la Terra de diverses maneres.

La primera manera és atrapar la matèria fosca en decadència en quelcom que podem detectar, com ara els raigs gamma o els parells partícula-antipartícula. Malauradament, la matèria fosca no és l’únic procés astronòmic que les produeix, cosa que afegeix una altra capa de complexitat al procés.

Hi ha detectors com el SABRE que intenten detectar el retrocés de partícules hipotètiques de matèria fosca anomenades partícules massives amb interacció feble, o WIMPS, de fonts profundes a la terra.

Image
Image

Però tots els detectors construïts fins ara només han detectat senyals que podrien atribuir-se a una causa diferent. La matèria fosca continua sent incomprensible.

Amb una excepció. Durant els darrers 25 anys, un detector anomenat DAMA / LIBRA al Laboratori Nazionali del Gran Sasso, prop de l’Aquila, al nord-est d’Itàlia, ha observat un patró anual en el nombre de senyals enregistrats. Anomenat "efecte de modulació anual", podria ser causat pel fet que la Terra es mogués dins i fora de l'halo de matèria fosca de la nostra galàxia.

"Durant aquests 25 anys, les dades de [DAMA / LIBRA] han demostrat que té aquest efecte de modulació anual amb un nivell de confiança extremadament alt", diu Urquijo."A través de la seva investigació i revisions independents de la seva investigació, no van poder descartar la hipòtesi de la matèria fosca per explicar-la".

El laboratori italià era un "corb blanc" al món dels detectors, ja que cap altre detector no podia replicar els seus resultats. Un dels motius d'això és que l'equip DAMA / LIBRA va utilitzar cristalls especials de iodur de sodi. Van ser els més netejats per ràdio (és a dir, amb un nivell de radioactivitat molt baix) mai creat, i l'equip encara manté aquest rècord.

Per a la producció de cristalls, s'utilitza pols de iodur de sodi "astrograd", un compost amb baixa radioactivitat, però que encara no és un cristall. Quan els investigadors conreen un cristall a partir d’una pols, normalment els contaminants radioactius del medi ambient s’enreden en els cristalls, de manera que cal un equipament molt específic per créixer i purificar-los mantenint una baixa radioactivitat.

"En realitat, és un procés d'R + D molt complex i que consumeix molt de temps, que és molt, molt nínxol", diu Urquijo, de cristalls.

Però els escèptics DAMA / LIBRA no creuen que això sigui degut a la puresa radioactiva dels cristalls. Atès que aquest patró es detecta anualment, assumeixen que el detector mesura aquest canvi de senyal només juntament amb les estacions canviants.

Aquí és molt útil el fet que estiguem a l’altra banda del món amb temporades oposades.

"Si veiem el mateix efecte que ells, sabem que no es tracta d'un efecte estacional, sinó extern", diu Urquiho. "Bàsicament, tots dos veurem matèria fosca".

Fins i tot si no és matèria fosca, encara seria una cosa externa a la Terra que els científics encara no saben, cosa que seria gairebé tan emocionant com trobar matèria fosca. Però primer han d’acabar el detector.

Fins ara, han fet que els cristalls de iodur de sodi siguin encara més radius que els que s’utilitzen a l’experiment DAMA / LIBRA, una gesta que ha requerit un llarg procés de recerca i desenvolupament entre instituts de tot el món.

ANSTO ja ha creat equips per provar els nivells més baixos de radiació i l'equip està provant la radioactivitat de tots els seus materials, assegurant-se que tot sigui el més baix possible. Hi ha nivells petits de radiació al nostre voltant, fins i tot els plàtans i els humans, per exemple, són lleugerament radioactius. Per tant, l'equip ha de limitar aquesta radioactivitat "normal" perquè no interfereixi en el funcionament del detector.

"Hem mesurat tot tipus de sorra, grava i pols de ciment de tota Austràlia intentant trobar la millor barreja de formigó per a la construcció", diu Garrett.

"Cerquem senyals molt i molt baixos, però no té cap sentit fer-ho si el formigó que estem utilitzant és radioactiu".

A continuació, la ubicació. Hi ha molts aspectes positius en treballar en una mina d’or activa. L’empresa minera s’encarrega de tota la gestió de la ventilació i la seguretat. A més, els treballadors de les mines poden transportar científics en cotxes de mines especialment equipats a través de llargs túnels sinuosos fins al laboratori.

Però aquest mètode té els seus inconvenients i problemes. La construcció del laboratori es va retardar durant gairebé tres anys, quan la mina va canviar de propietari i va tancar una estona. A més, la cova s’ha de buidar cada vuit hores perquè els miners puguin explotar l’or.

En els diagrames, el SABRE sembla un llum d'aranya dins d'una tina, tancat en una volta de metall. El propi detector és un aranya penjat a la part superior de la tina i ple de 50 kg de cristalls de iodur de sodi radio-purificat per detectar qualsevol petita insinuació de radiació.

El canvi, que l’equip anomena Veto, està ple de fotomultiplicadors (detectors de llum increïblement sensibles) i contindrà alquilbencè lineal, un líquid que s’utilitza habitualment per fabricar detergents, però que en aquest cas s’utilitza com a "centelleig líquid" que brillarà amb llum quan li colpeja la radiació. I també hi ha una volta de quatre metres, que fins i tot Urquiho pot dir que és una mica massa: el SABER contindrà unes 100 tones d’acer, que protegeixen l’experiment de la radiació de partícules perdudes que poden espatllar qualsevol mesura potencial.

"Vam tenir una paranoia real sobre la radiació de fons", explica Urquijo. "La regió de radioactivitat més baixa que es pot trobar a qualsevol lloc de l'hemisferi sud és al centre d'aquests cristalls".

Però ara les parts del detector encara no s’han transportat a la mina; en canvi, alguns dels equips per cercar matèria fosca es troben a l’aparcament.

"La Universitat de Melbourne no disposa de gaire espai d'emmagatzematge per a equips, de manera que utilitzem la nostra connexió ANSTO per col·locar només el centelleig líquid a l'aparcament", diu Urquijo.

Quan el detector s’instal·la per fi, només queda asseure’s a la superfície i esperar els resultats. Però fins aleshores l’equip té alguna cosa a fer.

"Cada material ens arriba i mesurem la seva radioactivitat per veure si és prou bo", diu Garrett.

"És una carrera contra el temps".

Recomanat: