Materi gelap—benda tak kasat mata yang membentuk lebih dari 80 persen materi di alam semesta—merupakan fenomena yang sulit dipahami oleh para ilmuwan. Meskipun telah dicari selama beberapa dekade dan memberi kita petunjuk bahwa materi gelap memang ada, materi gelap tidak pernah terdeteksi secara langsung.
Namun kini Laboratorium Bawah Tanah China Jinping (CJPL) – dinobatkan sebagai fasilitas bawah tanah terbesar dan terdalam di dunia setelah tahap peningkatannya, CJPL-II – berjanji untuk membawa para ilmuwan selangkah lebih maju. Itu dioperasikan pada awal Desember tahun lalu.
Laboratorium ini dibangun di terowongan yang baru dimodifikasi yang mengarah melalui Pegunungan Jinping di Provinsi Sichuan, Tiongkok dan terkubur di bawah batu sedalam 2.400 meter (1,49 mil). Alasan lokasinya yang dalam dan sepi adalah karena banyaknya batuan yang mampu mengurangi kebisingan latar belakang yang ditemukan dalam data materi gelap, yang biasanya disebabkan oleh hal-hal seperti sinar kosmik (misteri kosmik lain yang akan dibahas nanti.)
Terkait: Bagian mana dari alam semesta yang merupakan materi gelap?
Fasilitas baru yang sangat besar, yang mencakup area seluas 330.000 meter kubik, adalah rumah bagi dua detektor materi gelap yang canggih. Laboratorium juga memiliki pendekatan horizontal yang luar biasa. “Anda bisa naik bus ke dalam gua,” kata Wick Haxton, seorang profesor fisika di Universitas California, Berkeley, yang mempelajari CJPL-II dan laboratorium aslinya dan menjadi dewan penasihat laboratorium hingga tahun lalu. .
Aspek yang mengesankan ini “membuat pembangunan fasilitas bawah tanah yang besar menjadi lebih murah dan efisien,” kata Haxton. “Saya tidak percaya ada situs lain yang menggabungkan kedalaman seperti itu dengan sikap seperti itu.”
Deteksi yang tak terlihat
Para ilmuwan percaya bahwa kandungan materi gelap yang tersebar di alam semesta kita tidak mengalami banyak interaksi seperti yang dialami oleh partikel bermuatan seperti proton dan elektron. Artinya, partikel yang diduga membentuk zat misterius tersebut dapat meluncur menembus batuan bumi dan pergi. melalui detektor. bahkan ditemukan di bawah permukaan di Laboratorium Jinping Tiongkok.
Bagaimanapun, karakteristik utama materi gelap adalah ia tidak berinteraksi dengan cahaya, tidak seperti materi “normal” atau baryonik yang terdiri dari proton dan elektron. Ini sebenarnya alasan mengapa hal itu sama sekali tidak terlihat oleh kita.
Namun, di laboratorium, para ilmuwan berharap partikel materi gelap potensial akan bertabrakan dengan material dalam detektor yang dirancang untuk menandai partikel yang sulit ditangkap ini. Di Jinping, pencarian ini dipimpin oleh dua eksperimen materi gelap, yang disebut Eksperimen Partikel dan Astrofisika Xenon (PandaX) dan Eksperimen Materi Gelap China (CDEX).
Setiap partikel materi gelap yang bertabrakan dengan atom xenon cair yang dikelola oleh detektor PandaX akan ditangkap oleh sensor saat cahaya berkedip. Sementara itu, detektor germanium dengan sensitivitas lebih tinggi dari CDEX akan menandai partikel misterius ini sebagai sinyal listrik. Idenya adalah meskipun hampir setiap partikel materi gelap melesat melewati detektor, setidaknya ada satu partikel yang secara tidak sengaja bersentuhan dengan salah satu detektor tersebut.
Secara khusus, detektor tersebut mencari kandidat utama materi gelap yang disebut WIMPS (kependekan dari Weakly Interacting Massive Particles), sebuah kelas partikel hipotetis yang diprediksi lebih dari tiga dekade lalu dan sejauh ini lolos dari eksperimen paling sensitif. Kehadiran mereka, yang hanya diketahui melalui gaya nuklir dan gravitasi yang lemah, berada dalam pemahaman kita tentang bagaimana alam semesta berevolusi. Namun, pada tahun 2021, detektor WIMP paling sensitif di dunia di Laboratorium Nasional Gran Sasso di Italia, seperti Jinping, melaporkan tidak ada temuan.
Alternatif utama lainnya untuk partikel materi gelap adalah axion, yang juga merupakan kategori partikel hipotetis yang diperkirakan membanjiri alam semesta dan berperilaku persis seperti materi gelap. Interpretasi eksotik lainnya masih ada, seperti teori yang populer namun belum dikonfirmasi bahwa partikel materi gelap entah bagaimana berinteraksi dengan dirinya sendiri (materi gelap yang berinteraksi sendiri, atau SIDM).
Pakar materi gelap mengatakan laboratorium Jinping yang ditingkatkan juga dapat membantu menjawab pertanyaan yang lebih mendasar, seperti apakah “partikel” benar-benar membentuk materi gelap. Gagasan umum yang ada adalah bahwa materi gelap pada dasarnya terdiri dari partikel-partikel subatom (atau sekelompok partikel) yang belum terdeteksi. Namun teori gravitasi alternatif yang populer (tetapi tidak sempurna) yang tidak mengharuskan materi gelap terdiri dari partikel tetap ada.
“Pada tingkat mendasar, kami tidak mengetahuinya karena kami belum pernah mendeteksi interaksi partikel,” kata Matthew Walker, ahli astrofisika di Universitas Carnegie Mellon di Pittsburgh, Pennsylvania. Meskipun tujuannya ambisius, mendeteksi partikel materi gelap akan menyelesaikan masalah untuk selamanya. “Bagi saya, itulah hal terpenting yang dapat dilakukan eksperimen ini.”
“Saya mendukung mereka,” tambahnya. “Kami telah menunggu lama untuk mengetahui apa itu materi gelap.
+ There are no comments
Add yours