Dalam bidang penyelidikan bahan gelap, seperti di sebuah kedai cina, ada gajah: tuntutan yang sukar dipercayai, mustahil untuk disahkan, dan sangat sukar untuk dijelaskan. Tetapi sekarang kami mempunyai empat instrumen dengan jenis pengesan yang sama dengan kerjasama yang memiliki tuntutan kontroversial ini. Selama tiga tahun akan datang, eksperimen ini sama ada akan mengesahkan kewujudan bahan gelap atau membantah tuntutan tersebut untuk selamanya, kata ahli fizik yang mengusahakannya.
"Semuanya akan berjalan lancar," kata Frank Kalaprice dari Princeton University di New Jersey, yang mengetuai salah satu eksperimen itu.
Pengumuman awal dibuat oleh kolaborasi DAMA, yang pengesannya terletak di makmal jauh di bawah pergunungan Gran Sasso di sebelah timur Rom. Lebih dari satu dekad yang lalu, dia memberikan bukti yang luar biasa untuk bahan gelap, bahan yang tidak dapat dilihat yang dipercayai mengikat galaksi bersama oleh tarikan graviti. Pengesan baru yang pertama akan mula beroperasi di Korea Selatan hanya dalam beberapa minggu. Selebihnya akan dilancarkan dalam beberapa tahun akan datang di Sepanyol, Australia dan Gran Sasso. Kesemuanya akan menggunakan kristal natrium iodida untuk mencari bahan gelap, yang tidak dilakukan percubaan berskala besar, kecuali DAMA.
Para saintis sangat yakin akan kewujudan bahan gelap dan sekurang-kurangnya lima kali lebih besar daripada bahan biasa. Tetapi sifatnya tetap misteri. Hipotesis utama ialah sekurang-kurangnya sebahagian jisimnya terdiri daripada zarah-zarah berinteraksi lemah (WIMP) yang kadang-kadang mesti bertembung dengan nukleus atom di Bumi.
Kristal natrium iodida harus memancarkan kilatan cahaya jika ini berlaku di pengesan. Walaupun radioaktiviti semula jadi juga menghasilkan suar seperti itu, DAMA mengumumkan penemuan WIMP pada tahun 1998, dengan alasan fakta bahawa jumlah suar yang dihasilkan setiap hari berubah mengikut musim.
Inilah yang diharapkan jika sinyal dihasilkan oleh WIMP yang tumpah ke Bumi ketika sistem suria bergerak melalui lingkaran materi gelap Bima Sakti. Dalam hal ini, jumlah zarah yang melintasi Bumi harus memuncak ketika gerakan orbit planet sejajar dengan pergerakan Matahari, pada awal bulan Juni, dan menurun ketika pergerakan bertentangan dengan Matahari, pada awal Desember.
Tetapi ada satu masalah besar. "Sekiranya ia adalah masalah gelap, banyak eksperimen lain akan melihatnya sekarang," kata Thomas Schwetz-Mangold, seorang ahli fizik teori di Institut Teknologi Karlsruhe di Jerman - dan belum ada yang melihatnya. Tetapi pada saat yang sama, semua percubaan untuk mencari kelemahan dalam eksperimen DAMA, termasuk kesan persekitaran, yang tidak diambil kira oleh para saintis, tidak berhasil. "Terdapat isyarat modulasi," kata Kaijuan Ni dari University of California, San Diego, yang sedang mengerjakan eksperimen bahan gelap XENON1T. "Tetapi bagaimana mentafsirkan isyarat ini - memihak kepada perkara gelap atau yang lain - tidak jelas."
Tidak ada eksperimen berskala penuh lain yang menggunakan natrium iodida dalam pengesannya, walaupun KIMS di Korea Selatan menggunakan cesium iodida. Oleh itu, kemungkinan bahawa bahan gelap berinteraksi dengan natrium dengan cara yang berbeza daripada dengan unsur-unsur lain. "Sehingga seseorang melepaskan pengesan pada elemen yang sama yang meninggalkan petunjuk, anda tidak dapat memastikan apa-apa," kata Juan Collar dari University of Chicago di Illinois, yang telah melakukan beberapa eksperimen bahan gelap.
Video promosi:
Ramai yang menghadapi kesukaran menanam kristal natrium iodida dengan kesucian yang diperlukan. Pencemaran kalium, yang mempunyai isotop radioaktif semula jadi, juga menonjol.
Tetapi tiga pasukan saintis - KIMS, DM-Ice dari Yale University di New Haven dan ANAIS dari University of Zaragoza di Sepanyol - berjaya memperoleh kristal dengan latar belakang tahap radioaktiviti separuh daripada DAMA. Cukup bersih untuk menguji keputusannya, kata para saintis.
Para saintis dari KIMS dan DM-Ice telah membina alat pengesan natrium iodida bersama dengan makmal bawah tanah Yangyang, 160 kilometer ke timur Seoul. Alat ini menggunakan sensor "veto aktif" yang akan membezakan perkara gelap dengan kebisingan latar daripada DAMA, kata Yengduk Kim, pengarah Pusat Fizik Bawah Tanah Korea Selatan di Daejeon, yang mengendalikan KIMS.
ANAIS sedang membina alat pengesan yang serupa di makmal bawah tanah Canfranc di Pyrenees Sepanyol. Bersama-sama, KIMS, DM-Ice dan ANAIS akan membawa lebih dari 200 kilogram natrium iodida dan bertukar data. Berbanding dengan 250 kilogram yang dimiliki DAMA, para saintis berharap dapat menangkap sebilangan besar WIMP. Walaupun pengesan baru akan mempunyai tahap kebisingan latar yang lebih tinggi, mereka akan dapat memalsukan atau menghasilkan semula isyarat DAMA terkuat, kata Reina Maruyama dari Universiti Yale, yang menjalankan DM-Ice.
Tetapi Kalapris berpendapat bahawa kesucian tinggi lebih penting daripada jisim. Bersama dengan rakan sekerja, dia mengembangkan cara untuk mengurangkan pencemaran, dan pada bulan Januari mengumumkan penerimaan kristal yang lebih bersih daripada kristal DAMA. Dia berharap dapat menurunkan tingkat latar belakang lebih jauh, hingga sepersepuluh DAMA.
Projek SABER (Active Background Rejection Sodium Iodide) akan menempatkan satu alat pengesan di Gran Sasso dan satu lagi di Makmal Fizik Bawah Tanah Stowell, yang sedang dibina di lombong emas di Victoria, Australia. SABER akan menggunakan alat pengesan yang memisahkan isyarat bahan gelap dari kebisingan, dan beratnya sekitar 50 kilogram.
SABER akan menyelesaikan penyelidikan dan pengembangannya dalam masa sekitar satu tahun dan mula membina alat pengesannya tidak lama kemudian, kata Kalapris. Kemudian teknologi itu akan tersedia untuk makmal lain - sesuatu yang tidak dilakukan oleh DAMA. Dan jika anda mempunyai dua alat pengesan yang sama di hemisfera utara dan selatan, anda dapat memahami sama ada kesan persekitaran boleh memalsukan musiman bahan gelap dalam hasil DAMA - jika isyarat itu berasal dari WIMP, kedua-dua pengesan akan melihat puncak pada masa yang sama.
DAMA sangat yakin dengan hasilnya, kata Rita Bernabei dari University of Rome. Dia tidak begitu teruja dengan pelancaran pengesan natrium iodida yang akan datang. "Hasil kami telah disahkan berkali-kali selama 14 tahun, jadi kami tidak mempunyai alasan untuk menantikan apa yang akan dilakukan orang lain," katanya. Sekiranya percubaan lain tidak melihat modulasi tahunan, kerjasama itu akan memutuskan bahawa mereka tidak cukup sensitif.
Tetapi bagaimana jika saintis DAMA betul? "Pada mulanya, saya tidak mahu mempercayai hasil DAMA, saya bahkan tidak menganggapnya serius," kata Katherine Freese, ahli teori astro-partikel di University of Michigan di Ann Arbor yang mencadangkan kaedah modulasi bermusim DAMA. Tetapi kerana tidak ada penjelasan lain untuk isyarat mereka, dia diyakinkan. "Semakin seseorang mempelajari eksperimen mereka, semakin dia menyedari seberapa baik ia dilakukan."
Ilya Khel
