Nowe technologie w służbie wykrywania ciemnej materii
Prawie cała energia istniejąca we wszechświecie występuje w postaci ciemnej materii. Jednak mimo tych astronomicznych ilości, wiemy o niej zadziwiająco mało. „Ciemna materia wydaje się oddziaływać głównie poprzez grawitację i przypuszczalnie składają się nią cząstki elementarne, które nie zostały jeszcze odkryte”, mówi Marcin Kuźniak, lider zespołu na AstroCeNT/NCAC PAN. To jednak tylko hipoteza. Czym tak naprawdę jest ciemna materia i jak powstaje, należy do największych nierozwiązanych problemów fizyki. Na szczęście zasłona spowijająca tajemnicę ciemnej materii zaczyna się uchylać, między innymi dzięki inicjatywom takim jak finansowany przez UE projekt DarkWave. W ramach projektu powstają nowe technologie, które umożliwią budowę nowej generacji detektorów służących do obserwacji wszechświata. „Dzięki odpowiednim technologiom, te bardzo duże detektory, zazwyczaj umieszczane w podziemnych laboratoriach, mogłyby pozwolić nam na bezpośrednie wykrycie ciemnej materii”, dodaje Kuźniak, który pełnił funkcję koordynatora projektu.
Nowe technologie zwiększające czułość detektorów
W trakcie realizacji projektu naukowcy z pięciu instytucji opracowali obszerne portfolio technologii przeznaczonych do wykrywania ciemnej materii. Należą do nich nowe materiały przesuwników długości fali (WLS) i fotosensory, a także nowe czujniki sejsmiczne i infradźwiękowe, które mogą być wykorzystywane do monitorowania poziomu szumu tła wokół detektora. Naukowcy opracowali także algorytmy przetwarzania i analizy sygnałów, które można wykorzystywać do wydobywania informacji z danych zebranych przez detektory. Ponadto dzięki projektowi naukowcy zyskali możliwość zakupu materiałów potrzebnych do przeprowadzania eksperymentów, badań i testów. „Wszystkie te technologie i wsparcie pomagają w budowie detektorów o większej czułości, niż do tej pory było to możliwe”, twierdz Kuźniak.
Nowy poziom detektorów ciemnej materii
Opracowane technologie zostały już wykorzystane bezpośrednio do badania natury ciemnej materii. Na przykład, w budowanym obecnie detektorze DarkSide-20k wykorzystywane są nowe materiały fluorescencyjne i odblaskowe opracowane w ramach projektu. Materiały te znacznie poprawią czułość zbierania światła przez detektor, a jednocześnie znacznie upraszczają jego budowę. Projekt umożliwił także stworzenie w Warszawie dwóch stanowisk do testów kriogenicznych, na których tego typu materiały, jak również ultranowoczesne matryce fotosensorów, są obecnie testowane w reprezentatywnych warunkach przed ich zainstalowaniem w detektorze. Ponadto dzięki projektowi DarkWave współpracę mogły nawiązać społeczności naukowców zajmujących się ciemną materią i falami grawitacyjnymi. W jego ramach opracowano i przetestowano na przykład nowe sieci czujników sejsmicznych i infradźwiękowych do monitorowania tła w obserwatorium fal grawitacyjnych Virgo. Posłużyły one także do mapowania środowiska sejsmicznego i infradźwiękowego w podziemnym detektorze DarkSide-20k.
Pomaganie młodym naukowcom w zdobyciu praktycznego doświadczenia
Poza pracą nad technologiami projekt koncentrował się także na wspieraniu młodych naukowców, w szczególności doktorantów. Dzięki niemu naukowcy ci mieli sposobność wzięcia udziału w różnych kampaniach pomiarowych, między innymi w CERN i Virgo. „Ta mobilność umożliwiła zgromadzenia obszernej wiedzy i doświadczeń, co oznacza, że stanowi jedno z najważniejszych rezultatów projektu DarkWave”, mówi Yuliya Hoika, specjalistka ds. koordynacji projektów UE w Centrum Astronomicznym im. Mikołaja Kopernika. Badacze ci, wraz z całym zespołem biorącym udział w projekcie, są teraz gotowi do dalszego pogłębiania wiedzy, poszerzania sieci kontaktów i rozwijania innowacyjnych pomysłów będących owocem projektu DarkWave. Dotyczy to między innymi przyjrzenia się nowym możliwościom finansowania w ramach programu Horyzont Europa i zbadania potencjału komercjalizacji niektórych rozwiązań opracowanych w ramach projektu.
Słowa kluczowe
DarkWave, ciemna materia, detektory, niewidzialny wszechświat, wszechświat, grawitacja, fizyka, przesuwnik długości fali, fotosensory, czujniki sejsmiczne, czujniki infradźwiękowe, algorytmy, detektor DarkSide-20k, fale grawitacyjne