Roci Antice Ar Putea Deține Cheia Descoperirii Materiei Întunecate, Susțin Oamenii de Știință

Căutarea materiei întunecate, acea substanță misterioasă care reprezintă o mare parte din masa universului, este una dintre cele mai mari provocări ale fizicii moderne. În timp ce telescoapele și acceleratoarele de particule sunt, în mod tradițional, instrumentele principale folosite pentru a detecta această materie invizibilă, un grup de cercetători de la Virginia Tech propune o abordare cu totul inedită: rocile antice ale Pământului ar putea conține urme de materie întunecată, oferind astfel o cale alternativă de explorare.

Această idee, cunoscută sub numele de paleo-detecție, nu este nouă, fiind propusă pentru prima dată în anii 1980. Totuși, abia acum cercetătorii sunt în măsură să o pună în practică, având la dispoziție tehnologiile necesare pentru a analiza rocile de miliarde de ani într-un mod care să permită descoperirea semnalelor lăsate de particulele misterioase. În esență, această metodă presupune că particulele de materie întunecată care au interacționat cu Pământul în trecut ar fi lăsat urme în structura atomică a rocilor antice.

„Dacă materia întunecată există, există o șansă ca aceasta să fi interacționat cu Pământul la un moment dat în istoria sa de 4,6 miliarde de ani”, explică cercetătorii, arătând că aceste interacțiuni ar putea fi detectate în moduri subtile, dar semnificative. În loc să depindă doar de acceleratoare de particule sau telescoape, o parte din răspunsuri ar putea fi deja îngropate în roci vechi, care au păstrat „amprentele” acestor particule cosmice.

Una dintre cele mai studiate forme ipotetice de materie întunecată este particula masivă cu interacțiune slabă (WIMP), despre care se crede că ar interacționa cu materia obișnuită doar prin gravitație și forța nucleară slabă. Din cauza acestor interacțiuni subtile, WIMP-urile sunt extrem de greu de detectat. Totuși, cercetătorii cred că aceste particule ar putea să lase urme vizibile în rețelele cristaline ale materiei, iar acele urme ar putea fi vizualizate și analizate.

„Atunci când o particulă cu energie ridicată ricoșează într-un nucleu din interiorul unei roci, reculul exploziv poate scoate un nucleu din loc. Nucleul ejectat și spațiul gol pe care îl lasă în urmă reprezintă modificări structurale în cadrul cristalului”, explică Vsevolod Ivanov, cercetător postdoctoral la Virginia Tech. Prin imagistica și modelarea 3D a acestor modificări structurale, cercetătorii ar putea detecta semnătura lăsată de particulele de materie întunecată.

Totuși, deși ideea paleo-detecției sună promițător, aceasta se confruntă cu mai multe provocări. De-a lungul decadelor de cercetări, oamenii de știință nu au știut cum să selecteze rocile potrivite pentru a căuta semnale de materie întunecată. Mai mult, unele tipuri de roci antice pot conține substanțe radioactive care generează semnale ce ar putea fi confundate cu urmele materiei întunecate. Astfel, identificarea unui tip de rocă care să minimizeze interferențele radioactivității a fost o provocare majoră.

Pentru a depăși aceste dificultăți, cercetătorii propun utilizarea unor tehnici avansate de imagistică microbiologică, deja utilizate în studiul sistemelor nervoase ale animalelor, pentru a analiza roci sedimentare speciale, denumite halite marine. Aceste roci sunt formate din apă de mare și conțin niveluri foarte scăzute de uraniu, ceea ce le face ideale pentru a studia interacțiunile materiei întunecate fără a fi afectate de semnalele produse de radioactivitate.

„Echipa a început deja să genereze reprezentări 3D ale urmelor de particule de înaltă energie în fluorura de litiu sintetică. Acest cristal artificial nu va fi un bun detector de materie întunecată, dar va ajuta la stabilirea întregii game de semnale, păstrând cristalul intact”, adaugă Patrick Huber, fizician la Virginia Tech.

Paleo-detecția, dacă va fi dovedită viabilă, ar putea deschide o nouă eră în cercetările despre materia întunecată, permițând oamenilor de știință să obțină informații din trecutul îndepărtat al Pământului, în loc să se bazeze exclusiv pe instrumente moderne precum acceleratoarele de particule sau telescoapele. Această metodă inovativă ar putea, în cele din urmă, să ne ofere indicii prețioase despre natura misteriosului material care constituie mare parte din universul nostru și despre cum a interacționat cu planeta noastră de-a lungul istoriei.