Graver dybt efter mørkt stof

Det tager omkring en halv time at komme til Stawell Underground Physics Laboratory. Tredive minutter lyder måske ikke som lang tid, men det er en halv time brugt på at dykke ned i en lastbil, mens den drejer og drejer sig dybere ind i de kulsorte tunneler i Stawell-guldminen.

Professor Elisabetta Barberio er uberørt. University of Melbourne fysiker og direktør for Center of Excellence for Dark Matter Particle Physics har foretaget rejsen under en kilometer sten mange gange.

"Det bliver varmere og mere fugtigt," siger hun, mens lastbilens forlygter lyser op i endnu en ren klippevæg, der bøjer sig ind i mørket, "men laboratoriet har aircondition."

Stawell Underground Physics Laboratory (SUPL) er det eneste underjordiske fysiklaboratorium på den sydlige halvkugle, og dets formål er at besvare et af de grundlæggende spørgsmål om vores univers – eksisterer mørkt stof?

I øjeblikket, på trods af årtiers forskning, er eksistensen af ​​partiklerne af mørkt stof teoretisk - men den måde, vores univers opfører sig på, fortæller os, at noget skal være der.

Faktisk, uden det, eksisterer universet, som vi kender det, måske slet ikke.

Ifølge professor Barberio kan vi kun virkelig observere omkring fem procent af hele universet; resten er delvist lavet af mørkt stof – usynlige fundamentale partikler, der udgør størstedelen af ​​stof, har ingen elektrisk ladning, producerer ikke lys og interagerer ikke særlig meget med noget, vi kan se.

"Uanset hvor vi er på Jorden - under jorden eller over jorden - har vi tusinder, hvis ikke millioner, af mørkt stof partikler, der passerer gennem os, og de gør ikke noget ved os. For disse partikler er vi gennemsigtige," siger professor Barberio.

Men hvorfor er laboratoriet i bunden af ​​en guldmine?

"Der skal forskes i mørkt stof så dybt under jorden for at fjerne den kosmiske 'støj' og stråling. Kosmiske stråler absorberes af sten, så hvis du går dybt nok, kan du reducere disse til næsten nul," siger professor Barberio.

Italienske forskere, der arbejder på DAMA/LIBRA-projektet, hævder at have opdaget mørkt stof i Gran Sassos underjordiske laboratorium, som sidder inde i et bjerg, men signalet, de opdagede, svinger i løbet af året, i takt med jordens årstider.

"Når Jorden roterer rundt om Solen, blæses mørkt stof partikler mod os af en modvind eller en medvind. Hvis det er modvind, er der mere mørkt stof - hvis det er medvind, er der mindre," siger professor Barberio.

Og det er derfor, der er SUPL-laboratoriet på den sydlige halvkugle, hvor de italienske tests kan replikeres, og enhver sæsonvariation kan udelukkes.

Selve laboratoriet ligner lidt en Bond-skurks underjordiske hule. Professor Barberio er enig.

"Det er alt sammen en del af min hemmelige plan om at overtage verden." Hun trækker ikke helt den onde latter.

Det store eksperiment, der går ind i det underjordiske laboratorium, er kendt som natriumjodid med aktiv baggrundsafvisningseksperiment syd (eller kort sagt SABRE South).

Enheden, der bruges til at detektere mørkt stof, vil fylde næsten en tredjedel af det fuldstændig sterile laboratorium, som måler 33 meter langt og 10 meter bredt med et 14 meter højt til loftet.

Den vil bruge syv ultrarene natriumiodidkrystaller, der er anbragt i cylindre og pakket ind i kobber, med to meget følsomme instrumenter, kaldet fotomultiplikatorer, i hver ende.

Disse syv krystaller – som dyrkes i USA og Kina – er derefter anbragt i en strålings-afskærmet tank fyldt med omkring 12 tons af en væske kaldet benzen.

"Hvis de mørke stofpartikler interagerer med krystallen, producerer det et lysglimt, som vil blive opfanget af fotomultiplikatorerne," siger professor Barberio.

"Mange eksperimenter har forsøgt med mange forskellige grundstoffer, men det var DAMA/LIBRA-eksperimentet i Italien med natriumiodidkrystal, der producerede dette lys ud fra, hvad vi tror er interaktioner med mørkt stof."

Og det er egenskaberne ved natriumiodidet, der gør det så følsomt.

"Mørkt stof interagerer med krystallens kerne, så kernens masse er vigtig. Afhængigt af massen af ​​mørkt stof vil forskellige materialer have forskellig følsomhed.

"Så hvis det mørke stof er en stor masse, vil en kerne med en stor masse være mere følsom."

På dette tidspunkt bemærker professor Barberio mit tomme ansigt.

"Tænk på en billardkugle. Hvis du har en stor billardkugle, og mørkt stof er en meget mindre billardkugle, vil du ikke være i stand til at flytte den store bold - så du vil ikke frembringe et signal. Men hvis dit mørke stof billardbold er enorm, den vil bare knuse alt.

"Du skal have to billardkugler - eller kerner - der er lige store, så får du et klart signal."

SABRE vil indsamle data for de næste tre år eller deromkring. Til kontekst har Italiens DAMA/LIBRA-projekt indsamlet data i mere end tyve år.

"Det er et svært eksperiment at reproducere, det er så følsomt.

"Vi skal bare kunne sige 'ja' eller 'nej' til, om vi har set det samme signal som Italien, så det tager ikke så lang tid.

"Men hvis det er ja - åh gud."

Der er nu fem andre eksperimenter, der forsøger at verificere resultaterne af den italienske forskning - i Spanien, Korea, Japan, Østrig og USA. Hvilket får det til at føles som lidt af et kapløb om at bevise eksistensen af ​​mørkt stof.

Men med den eneste mørkestofdetektor på den sydlige halvkugle består forskerholdet ved Stawell af forskere fra Swinburne University of Technology, Adelaide University, Australian National University, University of Sydney og Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO) , såvel som University of Melbourne – er i sædet for at gøre århundredets største opdagelse.

Professor Barberio ser forarget ud, når jeg siger dette, og ler så.

"Ikke kun dette århundrede - det vil være en af ​​de største opdagelser nogensinde - at finde ud af, hvad universet er lavet af." + Udforsk yderligere

Find mørkt stof i mørket