Di tambang emas terbengkalai yang terletak satu mil dari Leed, South Dakota, insinyur dan fisikawan di Universitas Wisconsin-Madison sedang mengerjakan sebuah ruangan berisi 10 ton cairan xenon. Mereka berharap di tambang bawah tanah, di mana ruang percobaan akan terlindungi dari partikel matahari dan radiasi kosmik, mereka dapat mendeteksi materi gelap untuk pertama kalinya.
Kami telah menerbitkan analisis terperinci tentang apa itu materi gelap misterius dari sudut pandang fisika modern. Hipotesis awal muncul kembali pada tahun 1930-an, ketika para astronom menyadari bahwa galaksi tidak memiliki gaya gravitasi untuk mempertahankan strukturnya hanya karena sumber yang terlihat - bintang, planet, lubang hitam, dll. Secara langsung materi gelap itu sendiri sebelumnya Sejauh ini belum mungkin untuk dideteksi, keberadaannya disimpulkan hanya dengan bantuan model matematika gravitasi. Namun, para astronom percaya bahwa sebenarnya, mungkin ada materi gelap lima kali lebih banyak di alam semesta daripada materi yang terlihat. Tim UW-Madison telah memutuskan untuk mengakhiri ketidakpastian ini.
Eksperimen tambang emas South Dakota disebut LUX-ZEPLIN, atau disingkat LZ. Ini adalah versi lanjutan dari eksperimen Large Underground Xenon (LUX) sebelumnya dan program materi gelap ZEPLIN. Idenya adalah untuk mendeteksi partikel materi gelap saat berinteraksi dengan atom xenon, menyebabkan reaksi berantai di dalam ruang yang pada akhirnya akan melepaskan sinar ultraviolet dan melepaskan sejumlah elektron. Segera setelah xenon cair menyala, gas xenon di ruang di atasnya akan bereaksi dengan memancarkan elektron dan memancarkan gelombang cahaya kedua yang lebih terang. Fisikawan yang mengerjakan proyek menggambarkannya sebagai "lonceng" yang akan berdering saat terkena partikel materi gelap.
"Partikel materi gelap bisa berada di sini, di dalam ruangan, melewati kepala Anda dan mungkin sesekali bertabrakan dengan beberapa atom," kata Duncan Carlsmith, profesor fisika di UW-Madison, dalam siaran pers.
Representasi skematis dari laboratorium bawah tanah LUX-ZEPLIN
Awal bulan ini, Departemen Energi menyetujui tahap akhir pembangunan LZ di tambang emas, yang secara resmi dinamai Pusat Penelitian Bawah Tanah Sanford. Sementara itu, para peneliti sedang bekerja dengan perangkat prototipe yang lebih kecil untuk memastikan bahwa ketika LZ "besar" diluncurkan pada tahun 2020, ia tidak akan mengalami gangguan.
Untuk memastikan bahwa tidak ada selain materi gelap yang berinteraksi dengan xenon cair, tim tersebut membangun dua ruang eksternal yang dirancang untuk mendeteksi dan menghilangkan polutan. Ruangan itu akan diisi dengan 10 ton xenon cair, dan lebih dari 500 tabung pengganda foto - tabung vakum, yang merupakan detektor cahaya ultra-sensitif dan akan memantau LZ. Jika selain materi gelap mengganggu sisa xenon, detektor harus menunjukkan bahwa ini adalah alarm palsu.
Video promosi:
Segera setelah instalasi di tambang bawah tanah siap dan percobaan diluncurkan, yang tersisa hanyalah menunggu. Fisikawan akan mencari partikel masif yang berinteraksi lemah, atau WIMPs, yang merupakan blok bangunan hipotetis materi gelap. Diyakini bahwa sebagian besar waktu WIMP melewati materi biasa tanpa jejak, tetapi terkadang dapat bertabrakan dengan partikel biasa.
Peserta proyek LUX-ZEPLIN telah mengumpulkan salinan miniatur dari instalasi masa depan. Sebelum melakukan eksperimen global, Anda perlu mengujinya pada model yang lebih kecil dan lebih mahal.
LZ akan tetap menyala setidaknya selama lima tahun, tetapi semua orang berharap LZ dapat mendeteksi WIMP untuk pertama kalinya, atau mengecualikannya sebagai zat halus yang membentuk materi gelap. Eksperimen lain di IceCube Center for Particle Astrophysics Wisconsin, serta proyek di Italia dan China, sedang melakukan eksperimen mereka sendiri untuk menemukan bukti langsung keberadaan materi gelap. Fisikawan UW-Madison juga menggunakan Large Hadron Collider dalam upaya mendeteksi materi gelap, yang tercipta ketika partikel berenergi tinggi bertabrakan. Perlombaan untuk menemukan materi gelap sedang berlangsung!
Jika kita dapat menemukan dan mengukur substansi ini, kita akan mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang cara kerja alam semesta daripada sebelumnya. Ada kemungkinan bahwa materi gelap membentuk lebih dari 25 persen dari seluruh kosmos, dan begitu kita menemukan sifat-sifat spesifik dari materi tersebut, ia dapat mengungkapkan rahasia yang telah lama tersembunyi dari kita.
