Pimeän aineen hiukkaset ovat edelleen pimennossa

Teoreettisesti perustellun mutta kokeellisesti vaikeasti tavoitettavan ns. pimeän aineen hiukkasia on mahdollisesti havaittu Yhdysvalloissa tehdyssä kokeessa. Vanhassa kaivoksessa lähes 800 metriä maanpinnan alapuolella oleviin ilmaisiin rekisteröidyissä signaaleissa oli kaksi, jotka voisivat olla ns. wimp-hiukkasia eli heikosti vuorovaikuttavia massiivisia partikkeleita. Aineistoa kerättiin runsaan vuoden ajan. Johtopäätöksiä hankaloittaa hiukkasten pieni lukumäärä, sillä mallien mukaan hiukkasia olisi pitänyt löytyä viisi kappaletta. Nyt jäädään epävarmalle pohjalle sillä 23% todennäköisyydellä havaitut signaalit ovat vain taustakohinaa.

Maailmankaikkeuden rakennetta on mahdotonta selittää ilman ns. pimeää ainetta ja pimeää energiaa. Nykykäsityksen mukaan ns. pimeää ainetta jopa 85% maailmankaikkeuden materiasta. Vaikka pimeällä aineella on massaa ja sitä kautta gravitaatiovoimaa, jolla se pitää koossa galakseja ja galaksiryhmiä, se vuorovaikuttaa muuten hyvin heikosti tavallisen aineen kanssa. Siksi pimeän aineen havaitseminen on osoittautunut erittäin vaikeaksi.

Lupaavana ehdokkaana pimeäksi aineeksi pidetään ns. wimp-hiukkasia eli heikosti vuorovaikuttavia massiivisia hiukkasia. Ne voivat reagoida tavallisten atomien kanssa ja näitä harvinaisia kohtaamisia yritetään löytää erilaisin koejärjestelyin. Yksi näistä on Yhdysvalloissa pitkään jatkunut CMDS-koesarja. Siinä havaitsemisen edellytyksiä yritetään parantaa jäähdyttämällä detektori lähelle absoluuttista nollapistettä ja viemällä ilmaisimet syvälle maan alle suojaan mm. kosmisen säteilyn vaikutuksilta.

Science-lehden nettiversiossa ennakkoon julkaistussa Floridan yliopiston tutkimuksessa raportoidaan heinäkuusta 2007 syyskuuhun 2008 tehtyjen mittausten tulokset. Detektoreina oli 30 pii- ja germaniumkiekkoa, halkaisijaltaan 78 millimetriä ja paksuudeltaan 10 millimetriä. Niiden pintaan on puolijohdetekniikassa yleisesti käytetyllä fotolitografialla tehty havaitsimien verkosto, jolla törmäävien hiukkasten aiheuttamat reaktiot pystytään rekisteröimään tarkkaan. Havaitsimet pidetään 50 millikelvinin lämpötilassa eli 0,05 asteen päässä absoluuttisesta nollapisteestä.

Ilmaisimien massan perusteella arvioitiin että wimp-havaintoja olisi pitänyt tulla viisi mittauksen aikana mutta todennäköisiä hiukkasia löytyi vain kaksi. Ne rekisteröitiin eri ilmaisimissa ja niiden välillä oli useita kuukausia. Tilastollisesti arvioidaan että harhasignaaleja pitäisi tulla noin yksi joten on mahdollista, että kumpikaan ei ole wimp-törmäyksen jälki.

Jatkotutkimusten kannalta tuloksesta on kuitenkin se hyöty että nyt voidaan tarkentaa arviota siitä miten mahdolliset wimp-hiukkaset vuorovaikuttavat atomia pienempien hiukkasten kanssa. CMDS-kokeiden seuraavan sukupolven laitteet ovat rakenteilla ja wimp-hiukkasia etsitään myös monessa muussa paikassa. Amerikkalaistutkijat arvelevat että viiden vuoden kuluessa varma havainto tullaan saamaan - jos wimp-hiukkaset ovat olemassa ja oletetun kaltaisia.

(YLE tiede, Science Express)