Polska - Świat nauki

Badania nad ciemną materią z wykorzystaniem teleskopu neutrinowego Super-Kamiokande

2021-01-19 08:27:10

Naukowcy spodziewają się, że Wszechświat – w tym także nasza Galaktyka – składa się w większości z nieznanej nam jeszcze ciemnej materii. Próbę wykrycia jej śladów podjął m.in. eksperyment neutrinowy Super-Kamiokande prowadzony z udziałem polskich naukowców. Dr Piotr Mijakowski (NCBJ) tłumaczy czego i jak szukamy oraz co wynika z negatywnego wyniku dotychczasowych poszukiwań. Autor jest jednym z 12 adiunktów NCBJ wyróżnionych w instytucie pod koniec 2020 r. za swoje badania.

Zobacz też: Naukowcy NCBJ badają tajemnice powstania wszechświata.

Zdjęcie kosmosuBadania dotyczące ciemnej materii

Współczesne obserwacje i modele kosmologiczne sugerują, że tylko ok. 5% masy i energii zawartej we Wszechświecie to znana nam dotychczas materia (tzw. materia barionowa). Spodziewane jest, że pozostałe jego składniki występują zarówno w formie nieznanego rodzaju cząstek, tzw. ciemna materia (27% bilansu), oraz energii wypełniającej przestrzeń - tzw. ciemna energia (68%). Poznanie natury tych tajemniczych składników stanowi jedną z największych obecnie zagadek stojących przed fizyką i kosmologią.

W niedawno opublikowanych badaniach (https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.102.072002) poszukiwaliśmy dowodów istnienia cząstek ciemnej materii w naszej Galaktyce. Wykorzystaliśmy do tego znajdujący się w Japonii teleskop neutrinowy Super-Kamiokande. Jest to niezwykła infrastruktura badawcza - znajdujący się kilometr pod ziemią w starej kopalni zbiornik zawiera ok. 50 tysięcy ton ultraczystej wody i ma wielkość ok. 10 piętrowego budynku mieszkalnego. Teleskop ten jest zoptymalizowany do rejestracji oddziaływań neutrin produkowanych zarówno w znanych nam dotychczas źródłach jak np. Słońce, czy atmosfera ziemska, jak i być może w źródłach jeszcze nieodkrytych.

Spodziewamy się, że poszukiwane przez nas cząstki ciemnej materii powinny odpowiadać za minimum 90% masy zawartej w galaktykach takich jak nasza, oraz że mogą one ze sobą anihilować, produkując w wyniku tego procesu znane nam cząstki z tzw. Modelu Standardowego, w tym neutrina. Przy pomocy zaawansowanych symulacji komputerowych stworzyliśmy szereg przewidywań jakie byłyby rozkłady energii oraz kierunku przylotu neutrin wyprodukowanych w wyniku anihilacji ciemnej materii w centrum oraz w halo Drogi Mlecznej widziane w naszym teleskopie. Następnie, wykorzystując metody statystyczne, sprawdziliśmy czy rejestrowane przez Super-Kamiokande od 1996 roku oddziaływania neutrin zawierają jakiś wkład od neutrin z anihilacji ciemnej materii, biorąc pod uwagę wszystkie znane nam ich inne źródła. Nie zaobserwowaliśmy nadwyżki takiego potencjalnego sygnału ponad tło i dzięki temu mogliśmy wprowadzić ograniczenia na pewne własności cząstek ciemnej materii. Dla szerokiego zakresu ich spodziewanych mas są to w tej chwili najsilniejsze ograniczenia pochodzące z obserwacji teleskopów neutrinowych.

Doświadczenie zdobyte w dotychczasowych pracach pozwoliło na rozszerzenie tych studiów i wyznaczenie również przewidywań czułości na odkrycie cząstek ciemnej materii w obecnie powstających teleskopach neutrin nowej generacji takich jak Hyper-Kamiokande oraz KM3NeT.

Prace były wspierane przez Narodowe Centrum Nauki, projekt SONATA-BIS nr. 2015/18/E/ST2/00758.

Dr Piotr Mijakowski, Zakład Fizyki Wielkich Energii NCBJ

ip

fot. Philippe Donn z Pexels

Słowa kluczowe: NCBJ, Narodowe Centrum Badań Jądrowych, Dr Piotr Mijakowski, Ciemna materia
Komentarze
Redakcja dlaStudenta.pl nie ponosi odpowiedzialności za wypowiedzi Internautów opublikowane na stronach serwisu oraz zastrzega sobie prawo do redagowania, skracania bądź usuwania komentarzy zawierających treści zabronione przez prawo, uznawane za obraźliwie lub naruszające zasady współżycia społecznego.
Zobacz także
Rozporządzenie 26 luty MEiN
MEiN: Zajęcia zdalne na studiach potrwają do 30 września 2021 r.

Decyzje zawarte w nowym rozporządzeniu mogą jednak zostać zmienione.

dr hab. inÅź. Eweliny JamrÃłz, prof. UR
1,5 mln dofinansowania dla projektu dr hab. inż. Eweliny Jamróz, prof. UR Kraków

Naukowczyni z Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie otrzymała wsparcie w ramach konkursu LIDER XI.

Polecamy
Czym jest dokładnie najwyÅźszy tytuł naukowy?
Jak zostać profesorem?

Czym jest dokładnie najwyższy tytuł naukowy?

Popularyzator Nauki 2019 - badacz z Uniwersytetu Gdańskiego w finale Gdańsk

Dr Wojciech Glac ma szansę zwyciężyć w kategorii "Naukowiec".

Ostatnio dodane
Popularne
Wzór umowy najmu
Wzór umowy najmu

Zobacz wzór umowy najmu! Wystarczy uzupełnić dane i gotowe!

Oto 28 najlepszych kierunków studiów w Polsce!
Oto 28 najlepszych kierunków studiów w Polsce!

Najlepsze kierunki studiów realizowane na uczelniach w całej Polsce zostały wyłonione do specjalnego dofinansowania z nowej dotacji projakościowej.

Top 20 najlepszych klubów Wrocławia
Top 20 najlepszych klubów Wrocławia Wrocław

Grupa specjalnie przez nas wyselekcjonowanych bestii imprezowych wybrała dla was najlepsze kluby dla studentów we Wrocławiu. Oto wyniki!