Forskere ved University of Minnesota College of Science and Engineering har nådd en viktig milepæl i eksperimentet Super Cryogenic Dark Matter Search, kjent som SuperCDMS.
Eksperimentet er plassert dypt under bakken ved Sudbury Neutrino Observatory Laboratory, SNOLAB, i Canada, et av verdens dypeste underjordiske laboratorier. Målet er å lete etter universets «usynlige» masse, ofte omtalt som mørk materie.
Forskergruppen opplyser at de nå har klart å kjøle ned anlegget til driftstemperaturen. Det betyr temperaturer som er hundrevis av ganger kaldere enn verdensrommet, og ekstremt nær det absolutte nullpunktet.
Mørk materie ble for alvor løftet fram som forklaring på astronomiske observasjoner på 1970-tallet, blant annet gjennom arbeidet til astronomen Vera Rubin. Teorien tilsier at mørk materie kan utgjøre rundt 85 prosent av massen i det kjente universet. Likevel har forskere fortsatt ikke funnet direkte, håndfaste bevis for hva den består av.
Den mest utbredte modellen antar at mørk materie består av partikler som påvirker vanlig materie først og fremst gjennom tyngdekraften. SuperCDMS er laget for å registrere mulige spor etter slike partikler når de passerer gjennom jorden.
Selve oppsettet består av en sylinderformet konstruksjon på omtrent fire meter i høyde og fire meter i diameter, bygget opp av lag med ekstra rent bly. Skjermingen er laget for å beskytte de følsomme detektorene mot stråling, blant annet nøytroner og gammastråler som kan oppstå når kosmisk stråling treffer atmosfæren.
Å nå basetemperaturen markerer et viktig skifte i prosjektet. Den er bare en tusendels grad over absolutt null, som er -273,15 grader Celsius, nivået der atomær og molekylær bevegelse i praksis stopper.
– Å komme ned til basetemperatur er en stor milepæl i en flerårig satsing på å bygge et anlegg med ekstremt lav bakgrunnsstøy, som kan huse våre sensitive kryogene faststoffdetektorer, sier Priscilla Cushman, professor ved University of Minnesota School of Physics and Astronomy og talsperson for SuperCDMS, i en pressemelding.
– Ved disse svært lave temperaturene kan de installerte detektorene nå undersøke et helt nytt område der de letteste mørk materie-partiklene kan skjule seg, sier hun.
Forskerne ved universitetet har også bidratt med analysemetoder og maskinlæringsalgoritmer som skal brukes til å skille eventuelle signaler fra mørk materie fra støy i datamaterialet når eksperimentet går inn i ordinær drift.
Neste fase blir en lengre periode med igangkjøring og finjustering. I månedene som kommer skal hver detektorkanal slås på, kalibreres og optimaliseres før full datainnsamling kan starte.
I tillegg til jakten på mørk materie kan SuperCDMS brukes til å studere sjeldne isotoper, måle energiavsetninger helt ned på elektronvolt-nivå og potensielt gi indikasjoner på nye typer partikkelinteraksjoner.
