Es emittiert keine elektromagnetische Strahlung und niemand weiß wirklich, was es ist, aber das hat ein Team europäischer Forscher nicht davon abgehalten, ein Gerät zu entwickeln, mit dem Wissenschaftler die Natur der dunklen Materie, aus der 1 / besteht, erkennen und bestimmen können. 4 der Masse unseres Universums.
Die Forscher der Universität Zaragoza (UNIZAR) und des Institut d'Astrophysique Spatiale (IAS in Frankreich) machten auf der Grundlage theoretischer Studien Annahmen über die Natur der Dunklen Materie und entwickelten ein Gerät namens „Szintillationsbolometer“, um das Ergebnis zu ermitteln der Wechselwirkung von dunkler Materie mit Material im Detektor.
„Eine der größten Herausforderungen in der heutigen Physik besteht darin, die wahre Natur der Dunklen Materie zu entdecken, die nicht direkt beobachtet werden kann - obwohl sie ein Viertel der Materie des Universums ausmacht. Wir müssen also versuchen, es mithilfe von Prototypen wie dem von uns entwickelten zu erkennen “, sagt Eduardo García Abancéns, ein Forscher des UNIZAR-Labors für Kernphysik und Astroteilchen, gegenüber SINC.
García Abancéns ist eine der Wissenschaftlerinnen, die am ROSEBUD-Projekt (Abkürzung für Rare Objects SEarch with Bolometers UndergrounD), einer internationalen Kooperationsinitiative zwischen dem Institut d'Astrophysique Spatiale (CNRS-Universität Paris-Süd in Frankreich) und der Universität, arbeitet von Saragossa, das sich auf die Jagd nach dunkler Materie in der Milchstraße konzentriert.
Die Wissenschaftler haben in den letzten zehn Jahren im Canfranc Underground Laboratory in Huesca an dieser Mission gearbeitet und dort verschiedene Kryodetektoren entwickelt (die bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt arbeiten: 273,15 ° C). Das neueste ist ein „Szintillationsbolometer“, ein 46-Gramm-Gerät, das in diesem Fall einen Kristall-Szintillator aus Wismut, Keimung und Sauerstoff (BGO: Bi4Ge3O12) enthält, der als Detektor für dunkle Materie fungiert.
Um irgendeine Art von Detektor für dunkle Materie zu bauen, mussten die Forscher natürlich einige Annahmen über die Natur der dunklen Materie selbst treffen. Die von den Forschern entwickelte Detektionstechnik basiert auf einer Reihe theoretischer Studien, die auf Partikel hinweisen, die als WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) bezeichnet werden, als Hauptbestandteil der Dunklen Materie.
„Diese Detektionstechnik basiert auf der gleichzeitigen Messung von Licht und Wärme, die durch die Wechselwirkung zwischen dem Detektor und den hypothetischen WIMPs erzeugt werden und nach verschiedenen theoretischen Modellen die Existenz dunkler Materie erklären“, erklärt García Abancéns.
Der Forscher erklärt, dass der Unterschied in der Szintillation der verschiedenen Partikel es dieser Methode ermöglicht, zwischen den Signalen zu unterscheiden, die die WIMPs erzeugen würden, und anderen, die von verschiedenen Elementen der Hintergrundstrahlung (wie Alpha-, Beta- oder Gammapartikeln) erzeugt werden.
Um die winzige Menge an erzeugter Wärme zu messen, muss der Detektor auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt abgekühlt werden, und es wurde eine Kryoanlage installiert, die mit Blei und Polyethylensteinen verstärkt und vor kosmischer Strahlung geschützt ist, wie sie unter dem Tobazo-Berg untergebracht ist im unterirdischen Labor von Canfranc.
„Das neue Szintillationsbolometer hat eine hervorragende Leistung erbracht und seine Fähigkeit als Detektor bei der Suche nach dunkler Materie und als Gammaspektrometer (ein Gerät, das diese Art von Strahlung misst) zur Überwachung der Hintergrundstrahlung in diesen Experimenten bewiesen“, sagt García Abancéns.
Das Szintillationsbolometer befindet sich derzeit am Orsay University Center in Frankreich, wo das Team daran arbeitet, die Lichtsammlung des Geräts zu optimieren und Versuche mit anderen BGO-Kristallen durchzuführen.
Diese kürzlich in der Fachzeitschrift Optical Materials veröffentlichte Studie ist Teil des europäischen EURECA-Projekts (European Underground Rare Event Calorimeter Array). Diese Initiative, an der 16 europäische Institutionen teilnehmen (einschließlich der Universität von Saragossa und des IAS), zielt darauf ab, einen 1-Tonnen-Kryodetektor zu bauen und ihn im nächsten Jahrzehnt für die Suche nach der dunklen Materie des Universums einzusetzen.
Quelle: FECYT (Spanien)
