Australia etsii "pimeää ainetta" syvästä kultakaivoksesta

Sisällysluettelo:

Australia etsii "pimeää ainetta" syvästä kultakaivoksesta
Australia etsii "pimeää ainetta" syvästä kultakaivoksesta
Anonim

Pienen viktoriaanisen Stowellin kaupungin laitamilla kultakaivoksen syvyyksissä, joka sijaitsee muutaman tunnin ajomatkan päässä Melbournesta luoteeseen, rakennetaan laboratorio etsimään yhtä maailmankaikkeuden vaikeimmista aineista - pimeää ainetta.

Kilometriä maan alla sijaitseva laboratorio on nyt enemmän kuin tenniskentän kokoinen luola kuin monen miljoonan dollarin yritys. Tämä johtuu siitä, että laboratorio - Melbournen yliopiston, ANSTOn, Swinburnen ja muiden kumppanuus - on edelleen kehitteillä. Mutta jos se onnistuu, se voi auttaa ratkaisemaan yhden astrofysiikan suurimmista mysteereistä.

"Tämä on kriittinen aika meille", sanoi Phillip Urquiho, Melbournen yliopiston apulaisprofessori, hiukkasfyysikko ja tekninen koordinaattori pimeän aineen kokeelle nimeltä SABER - Natriumjodidi ja aktiivinen taustan hylkäyskoke.

"Laboratorion pitäisi valmistua joulukuuhun mennessä. Toivomme, että marraskuussa voimme tuoda osan kokeellisista laitteistamme."

Pimeää ainetta, jonka uskotaan muodostavan 85% maailmankaikkeuden aineesta, ei ole helppo löytää. Se ei näy millään aallonpituudella, jota käytetään yleisesti avaruusobjektien, kuten kaasun ja pölyn, havaitsemiseen. Lisäksi näyttää siltä, että se ei ole lainkaan vuorovaikutuksessa sähkömagneettisten voimien kanssa - mikä tarkoittaa, että se ei absorboi, heijasta tai säteile valoa.

Tiedemiehet tietävät sen olemassaolosta vain siksi, että tähdet, galaksit ja galaksiryhmät vetävät liian voimakasta vetovoimaa ilman lisäselityksiä, esimerkiksi, että jossain piiloutuu kasa pimeää ainetta.

"Jos löydämme sen, se on taattu Nobel -palkinto", sanoo ANSTOn strategisten hankkeiden neuvonantaja tohtori Richard Garrett. "Se on kuin [gravitaatioaaltoja. Tämä on toinen asia, jota etsittiin 30-40 vuotta, kunnes lopulta nämä valtavat kokeet (erityisesti Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory) eivät löytäneet sitä."

Mutta pimeän aineen etsintä on toistaiseksi epäonnistunut. Edelleen.

Nenämme alla

Tutkijat yrittävät havaita maapallon pimeän aineen monin eri tavoin.

Ensimmäinen tapa on saada pimeä aine hajoamaan johonkin, jonka voimme havaita, kuten gammasäteet tai hiukkas-hiukkasparit. Valitettavasti pimeä aine ei ole ainoa tähtitieteellinen prosessi, joka tuottaa niitä, mikä lisää prosessin monimutkaisuuden.

On olemassa ilmaisimia, kuten SABER, jotka yrittävät havaita hypoteettisten pimeän aineen hiukkasten, joita kutsutaan heikosti vuorovaikutuksessa oleviksi massiivisiksi hiukkasiksi tai WIMPS: kiksi, syrjäisen maan alla olevista lähteistä.

Image
Image

Mutta jokainen tähän asti rakennettu ilmaisin on havainnut vain signaaleja, jotka voidaan katsoa johtuvan eri syystä. Pimeä aine on edelleen käsittämätöntä.

Yhtä poikkeusta lukuun ottamatta. Viimeisten 25 vuoden aikana DAMA / LIBRA -ilmaisin Laboratori Nazionali del Gran Sassossa lähellä L'Aquilaa Koillis -Italiassa on havainnut vuosittain tallennettujen signaalien määrän. Sitä kutsutaan "vuosittaiseksi modulaatiovaikutukseksi", ja se voi johtua siitä, että maapallo liikkuu sisään ja ulos galaksimme pimeän aineen haloon.

"Näiden 25 vuoden aikana [DAMA / LIBRA] -tiedot ovat osoittaneet, että sillä on tämä vuosittainen modulaatiovaikutus ja erittäin korkea luottamus", Urquijo sanoo."Tutkimuksensa ja tutkimustensa riippumattomien arvioiden avulla he eivät pystyneet sulkemaan pois pimeän aineen hypoteesia sen selittämiseksi."

Italialainen laboratorio oli jonkinlainen "valkoinen varis" ilmaisimien maailmassa, koska mikään muu ilmaisin ei voinut toistaa niiden tuloksia. Yksi syy tähän on se, että DAMA / LIBRA -tiimi käytti erityisiä natriumjodidikiteitä. Ne olivat kaikkein radio -puhdistetuimpia - eli erittäin alhaisella radioaktiivisuustasolla - koskaan luotuja, ja tiimillä on edelleen tämä ennätys.

Kiteiden valmistukseen käytetään natriumjodidijauhetta "astrograd" - yhdiste, jolla on alhainen radioaktiivisuus, mutta ei vielä kide. Kun tutkijat kasvattavat kiteitä jauheesta, tavallisesti ympäristön radioaktiiviset epäpuhtaudet sotkeutuvat kiteisiin, joten kiteiden kasvattamiseen ja puhdistamiseen vaaditaan erittäin erityisiä laitteita säilyttäen samalla alhainen radioaktiivisuus.

"Se on itse asiassa hyvin monimutkainen ja aikaa vievä T & K-prosessi, joka on hyvin, hyvin kapea", sanoo Urquijo kiteistä.

Mutta DAMA / LIBRA -skeptikot eivät usko, että tämä johtuu kiteiden radioaktiivisesta puhtaudesta. Koska tämä kuvio havaitaan vuosittain, oletetaan, että ilmaisin mittaa tämän signaalin muutoksen vain vuodenaikojen vaihtuessa.

Tässä on hyödyllistä se, että olemme toisella puolella maailmaa ja vastakkaisilla vuodenaikoilla.

"Jos näemme saman vaikutuksen kuin he, tiedämme, että tämä ei ole kausiluonteinen vaikutus, vaan jotain ulkoista", Urquiho sanoo. "Periaatteessa me molemmat näemme pimeän aineen."

Vaikka se ei olisi pimeää ainetta, se olisi silti jotain maapallon ulkopuolista, josta tiedemiehet eivät vielä tiedä, mikä olisi melkein yhtä jännittävää kuin pimeän aineen löytäminen. Mutta ensin heidän on suoritettava ilmaisin loppuun.

Toistaiseksi he ovat tehneet natriumjodidikiteistä jopa radiopuhtaampia kuin ne, joita käytettiin DAMA / LIBRA -kokeessa - saavutus, joka on vaatinut pitkää tutkimus- ja kehitysprosessia laitosten välillä ympäri maailmaa.

ANSTO on jo asettanut laitteita pienimpien säteilytasojen testaamiseen, ja tiimi testaa kaikkien materiaaliensa radioaktiivisuuden varmistamiseksi varmistaakseen, että kaikki on mahdollisimman alhaista. Ympärillämme on pieniä säteilymääriä - jopa esimerkiksi banaanit ja ihmiset ovat hieman radioaktiivisia. Siksi ryhmän on rajoitettava tätä "normaalia" radioaktiivisuutta niin, että se ei häiritse ilmaisimen toimintaa.

"Olemme mitanneet kaikenlaisia hiekkaa, soraa ja sementtijauheita kaikkialta Australiasta yrittäen löytää parhaan betoniseoksen rakentamiseen", Garrett sanoo.

"Etsimme syvälle maan alle erittäin heikkoja signaaleja, mutta ei ole mitään järkeä tehdä tätä, jos käyttämämme betoni on radioaktiivista."

Sitten - sijainti. Aktiivisessa kultakaivoksessa työskentelyssä on monia positiivisia puolia. Kaivosyhtiö huolehtii kaikesta ilmanvaihdosta ja turvallisuuden hallinnasta. Lisäksi kaivostyöntekijät voivat kuljettaa tutkijoita erikoisvarustetuilla miinavaunuilla pitkiä, mutkikkaita tunneleita pitkin laboratorioon.

Mutta tällä menetelmällä on haittoja ja ongelmia. Laboratorion rakentaminen viivästyi lähes kolme vuotta, kun kaivos vaihtoi omistajaa ja suljettiin hetkeksi. Lisäksi luola on tyhjennettävä kahdeksan tunnin välein, jotta kaivostyöläiset voivat räjäyttää kultaa.

Kaavioissa SABER näyttää kattokruunulta, joka on säiliön sisällä, metalliholvissa. Ilmaisin itsessään on kattokruunu, joka roikkuu altaan yläosassa ja on täytetty 50 kg: lla radiopuhdistettua natriumjodidikiteitä havaitakseen pieniä säteilyvihjeitä.

Chan, jota tiimi kutsuu Vetoksi, on täynnä valomonistimia (uskomattoman herkkiä valonilmaisimia) ja se sisältää lineaarista alkyylibentseeniä, nestettä, jota käytetään yleisesti pesuaineiden valmistukseen, mutta jota käytetään tässä tapauksessa "nestetuikeena", joka vilkkuu valon kanssa se osuu säteilyyn. Siellä on myös neljän metrin holvi, jonka jopa Urquiho voi sanoa olevan hieman liikaa: SABER sisältää noin 100 tonnia terästä, mikä suojaa kokeilua hajapartikkeleiden säteilyltä, joka voi pilata mahdolliset mittaukset.

"Meillä oli todellinen paranoia taustasäteilystä", Urquijo selittää. "Alin radioaktiivisuus, joka löytyy eteläiseltä pallonpuoliskolta, on näiden kiteiden keskellä."

Mutta nyt ilmaisimen osia ei ole vielä kuljetettu kaivokselle - sen sijaan osa pimeän aineen etsintälaitteista on pysäköintialueella.

"Melbournen yliopistossa ei ole paljon säilytystilaa laitteille, joten käytämme ANSTO -liitäntäämme vain sijoittamaan nestetuike pysäköintialueelle", Urquijo sanoo.

Kun ilmaisin on vihdoin asennettu, jäljellä on vain istua pinnalla ja odottaa tuloksia. Mutta siihen asti joukkueella on jotain tekemistä.

"Jokainen materiaali tulee meille, ja mittaamme sen radioaktiivisuuden nähdäksemme, onko se tarpeeksi hyvä", Garrett sanoo.

"Se on kilpailu aikaa vastaan."

Suositeltava: