Hoe vang je een WIMP? Nee, ik heb het niet over het pesten van de zwakste jongen in de klas, ik heb het over Zwakke interactie met massieve deeltjes (die WIMP's). Hoewel ze per definitie "massief" zijn, hebben ze geen interactie met de elektromagnetische kracht (via fotonen), dus kunnen ze niet worden "gezien" en hebben ze geen interactie met de sterke kernkracht, dus kunnen ze niet worden "gevoeld" door atoomkernen. Als we WIMP's niet kunnen detecteren via deze twee krachten, hoe kunnen we ze dan ooit hopen te detecteren? Er wordt immers aangenomen dat WIMP's door de aarde vliegen zonder iets te raken, dat zijn ze dat zwak interactie. Maar soms kunnen ze botsen met atoomkernen, maar alleen als ze frontaal botsen. Dit is een zeer zeldzame gebeurtenis, maar de Large Underground Xenon (LUX) -detector wordt 4800 voet (1.463 meter of bijna een mijl) ondergronds begraven in een oude goudmijn in South Dakota en wetenschappers hopen dat wanneer een ongelukkige WIMP tegen een xenon botst atoom zal een lichtflits worden opgevangen, wat de allereerste experimentele bewijs van donkere materie…
Vanaf de aarde waargenomen sterrenstelsels hebben een aantal vreemde eigenschappen. Het grootste probleem voor kosmologen is geweest om uit te leggen waarom sterrenstelsels (inclusief de Melkweg) meer massa lijken te hebben dan kan worden waargenomen door sterren te tellen en alleen rekening te houden met interstellair stof. In feite kan 96% van de massa van het heelal niet worden waargenomen. Er wordt aangenomen dat 22% van deze ontbrekende massa wordt vastgehouden in "donkere materie" (74% wordt vastgehouden als "donkere energie"). De theorie is dat donkere materie vele vormen kan aannemen. Massive Astronomical Compact Halo Objects (astronomische lichamen die gewoon baryonisch materiaal bevatten dat niet kan worden waargenomen; zoals neutronensterren of verweesde planeten), neutrino's en WIMPS zouden allemaal bijdragen aan deze ontbrekende massa. Er worden veel experimenten uitgevoerd om elke bijdrager te detecteren. Zwarte gaten kunnen indirect worden gedetecteerd door de interacties in het centrum van sterrenstelsels te observeren (of zwaartekrachtlenseffecten), neutrino's kunnen worden gedetecteerd in enorme tanks met vloeistof die diep onder de grond zijn begraven, maar hoe kunnen WIMP's worden gedetecteerd? Het lijkt erop dat een WIMP-detector een blad uit de boeken van de neutrinodetector moet halen - het moet beginnen met graven.
Om interferentie door straling zoals kosmische straling te voorkomen, worden energiezuinige detectoren zoals neutrino-telescopen ver onder het aardoppervlak begraven. Oude mijnschachten zijn ideale kandidaten omdat het gat er al is om de instrumentatie op te zetten. Neutrino-detectoren zijn enorme containers met water (of een ander middel) met zeer gevoelige detectoren aan de buitenkant. Een voorbeeld hiervan is de Super Kamiokande neutrinodetector in Japan, die een enorme hoeveelheid ultragezuiverd water bevat, met een gewicht van 50.000 ton (links afgebeeld). Als een zwak interacterende neutrino een watermolecuul in de tank raakt, wordt een flits van Cherenkov-straling uitgezonden en wordt een neutrino gedetecteerd. Dit is het basisprincipe achter de nieuwe Large Underground Xenon (LUX) -detector die 600 pond (272 kg) vloeibaar xenon zal gebruiken, gesuspendeerd in een 25 voet hoge tank met zuiver water. Als WIMP's buiten de theoretische gebieden bestaan, wordt gehoopt dat deze zwak interagerende massieve deeltjes frontaal botsen met een xenonatoom en, net als hun lichtgewicht neven, een lichtflits uitstralen.
Robert Svoboda en Mani Tripathi, professoren van UC Davis, hebben $ 1,2 miljoen aan National Science Foundation (NSF) en Amerikaanse Department of Energy-financiering voor het project veiliggesteld (dit is 50% van het vereiste totaal). In vergelijking met de Large Hadron Collider (LHC) die miljarden euro's kost om te bouwen, is LUX een zeer economisch project gezien de omvang van wat het zou kunnen ontdekken. Als er experimenteel bewijs is van een WIMP-interactie, zullen de gevolgen enorm zijn. We zullen in staat zijn om de oorsprong van WIMP's en hun verspreiding te begrijpen terwijl de aarde door de mogelijke halo van donkere materie gaat die indirect wordt waargenomen in de Melkweg.
Donkere materie detecteren "zou de grootste deal zijn sinds het vinden van antimaterie in de jaren dertig.”- Professor Mani Tripathi, LUX-co-onderzoeker, UC Davis.
De goudmijn in South Dakota werd in 2000 gesloten en in 2004 werd begonnen met de ontwikkeling van de site tot een ondergronds laboratorium. LUX wordt het eerste grote experiment dat daar wordt ondergebracht. Gehoopt wordt dat de installatie in de nazomer zal starten, nadat het water uit de mijn is gepompt.
Oorspronkelijke bron: UC Davis News
