Særligt argon kan snart hviske hemmeligheder om universets mørke stof

En forekomst af næsten ren argon, der er efterladt uforstyrret, siden Jordens dannelse er ved at hjælpe fysikere med at forstå mere om universet.

Urania-projektet, ledet af Andrew Renshaw, University of Houston lektor i fysik ved College of Natural Sciences and Mathematics, vil overvåge installation og idriftsættelse af en struktur i industriel skala i det sydvestlige Colorado. Samtidig på Sardinien, Italien, vil forskere designe og konstruere et specialiseret forarbejdningsanlæg, der vil blive sendt til Colorado.

Inde i det kombinerede anlæg - forarbejdningsanlægget bygget i Italien og ydre struktur bygget på stedet af Urania-projektet (opkaldt efter den græske astronomimuse) - vil argonet blive udvundet, renset og sendt til Laboratorio Nazionale Gran Sasso (LNGS) i Italien. Der vil det blive brugt i søgen efter svar på nogle af de største gåder, universet præsenterer.

Men før holdet kan se udad blandt stjernerne, skal de først nå dybt inde i Jorden.

For at være præcis:De skal sørge for udvinding og behandling af argongas fundet på et naturgasborested i det sydvestlige Colorado, der drives af Kinder Morgan, et Houston-baseret bore- og rørledningsselskab.

"Vores anlæg vil eksistere som en sidefunktion til Kinder Morgans Doe Canyon-anlæg, som allerede trækker CO₂ (kuldioxid) fra jordens kappe som en del af dens naturgasminedrift," sagde Renshaw.

"Indeholdt i denne CO₂ strøm, der kommer fra de dybe underjordiske Kinder Morgan-brønde, er en lille mængde lavradioaktivt argon, som bliver et biprodukt i deres produktion af naturgas, men er et værktøj, som vi kan bruge. Dette er interessant, fordi det lavradioaktive argon kan være et stort aktiv for vores forskning, da det er et meget rart element at bruge inde i en partikeldetektor med lav baggrund."

I sidste ende adskilles argon fra kuldioxiden på Kinder Morgans anlæg og sendes derefter i højtrykscylindre, der er specielt designet til dette projekt, til Sardinien, hvor det vil blive viderebearbejdet og til sidst sendt til LNGS for indsættelse i den underjordiske detektor, kaldet DarkSide-20k.

"Når argon er flydende, kan det bruges på LNGS-forskningsstedet til at detektere partikler i henhold til, hvordan de interagerer med det flydende argon," sagde Renshaw. Gennem disse undersøgelser håber holdet at samle beviser for universets mørke stof og opnå evnen til at detektere neutrinoer fra astrofysiske kilder.

Argon (forkortet Ar) - farveløs, lugtfri, smagløs - er opført på den yderste højre side af det periodiske system med de andre fem "ædelgasser" (hvilket betyder, at de er inerte eller næsten kemisk ikke-reaktive). Argon er et af de mest almindelige af Jordens grundstoffer og findes næsten overalt. Forskere kan nemt høste det fra atmosfæren.

So why is this specific argon in Colorado so important to the Urania project and the DarkSide‑20k experiment in Italy?

"Because it is almost 100% argon-40, having been protected deep underground since the formation of the Earth," Renshaw explained.

"During the same span of time, the atmosphere's argon has been constantly bombarded by cosmic rays, loading it with argon-39, which then decays via beta emission and can cloud the DarkSide‑20k particle detector's signals. This means that the argon extracted from deep underground in Colorado will allow DarkSide‑20k to be filled with almost 100% pure argon-40, greatly reducing the overall background rate of the detector and allowing for many sensitivity studies to be done."

What the researchers hope to reveal with the DarkSide‑20k particle detector (expected to be in operation for a decade, starting in 2025), are signs of dark matter in the universe—what it is, how it behaves and why it exists. In other words, they hope to bring light to one of the darkest mysteries of the cosmos. + Udforsk yderligere

Scientists investigating mysterious dark matter