Mørkt stof måske målt for første gang: Dansk astronom er optimistisk

I disse dage summer en særlig krog af den videnskabelige verden med spændt optimisme.

En halvt århundrede lang søgen på konkrete beviser i et af de mest fundamentale kosmiske mysterier, eksistensen af det såkaldte mørke stof, er måske kommet et skridt tættere på svaret.

Et hold forskere fra det amerikanske mørkt stof-eksperiment LUX-ZEPLIN (LZ) har nemlig annonceret en mulig måling af det mystiske materie.

»Med kun én hændelse vil vi ikke drage forhastede konklusioner. Vi vil ikke hævde, at vi har set mørkt stof,« fortæller Rick Gaitskell, professor ved Brown University og talsmand for LZ, i en pressemeddelelse.

»Men vi har set noget interessant, som vi gerne vil dele med andre forskere og få deres input på.«

Selvom forskere generelt er sikre på, at mørkt stof findes – universet, som vi forstår det, vil ikke hænge sammen ellers – er det endnu ikke lykkedes at påvise det direkte, og derfor er det potentielt en kæmpestor opdagelse.

Videnskab.dk har talt med en dansk forsker, som selv jager mørkt stof for at høre, om der faktisk er grund til begejstring, og hvad ‘måske-fundet’ egentlig går ud på.

»Det er interessant«

»Jeg plejer at være ekstremt kritisk, når historier som denne rammer nyhederne – men ikke denne gang,« siger professor og astronom Steen Harle Hansen som det første til Videnskab.dk.

Det, forskerne helt præcist har målt, er en hændelse kaldet en enkelt partikel-interaktion, hvor én partikel, måske af mørkt stof, er stødt ind i en anden partikel.

Steen Harle Hansen leder selv efter mørkt stof som forsker på Niels Bohr Institutet. Han udtaler sig om fundet med det forbehold, at han ikke selv har set alle dataene, da de endnu kun er delvist offentliggjort.

»Det her er interessant,« siger han alligevel.

»Det er en meget veletableret måde at måle på. Og de folk, der har lavet eksperimentet, kender deres detektor vildt godt,« uddyber han.

Det betyder, at forskerne er særligt opmærksomme på fejl i deres måling, der kunne have givet resultater, der kunne misfortolkes som mørkt stof.

Men det betyder ikke, at det ikke kan have været noget andet – synligt stof – som forårsagede den hændelse, der nu måske kan være verdens første måling af mørkt stof, lyder det fra Steen Harle Hansen.

»Jeg vil godt lige vente halvt år og så se, når de har analyseret resten af deres data, hvad der faktisk ligger der.«

Dataene, der nu tales om, blev målt mellem 2023 og 2024, og er siden blevet analyseret over flere omgange.

Kollisionskurs

Detektoren, som forskerne kalder LUX-ZEPLIN, er parkeret i en mineskakt godt halvanden kilometer under jorden ved Sanford Underground Research Facility i South Dakota, USA.

Dybden er nødvendig for at udelukke baggrundsstøj, der kan forstyrre sensorerne, fortæller Steen Harle Hansen. Jorden er under konstant bombardement af partikler – heriblandt mørkt stof – fra det ydre rum, der rammer vores klode med 200 km/s.

»Mange af dem taber energi på vej ned gennem Jordens ti kilometer lange atmosfære. Og nogle af partiklerne rammer ned i Jordens overflade og bliver stoppet af de øverste ti centimeter jord.«

»Men nogle af dem kommer længere ned,« forklarer Steen Harle Hansen.

Visse partikler slipper gennem selv de halvanden kilometers jord og klipper ned til, hvor LUX-ZEPLIN venter på at opsnappe dem. Langt de fleste mørkt stof-partikler suser dog direkte igennem detektoren, forklarer Steen Harle Hansen.

»Men så kan det være – en gang imellem – at man er svineheldig, at der er én, som rammer detektoren. Og hvis den gør det, så afsætter den en reaktion,« uddyber han.

»Når det sker, bliver der slået en lille lyspartikel ud, som så ryger hen i sådan en lysdetektor, kaldet en fotomultiplikator. Og det kan man så måle.«

Det er sådan en hændelse, forskerne har målt i deres lysdetektor. Men hvor sikker kan man være på, at der reelt er tale om mørkt stof – og hvordan kan man bevise det?

En svækling

Med detektoren leder forskerne efter en bestemt type mørkt stof-partikel, en såkaldt WIMP – engelsk for svækling og samtidig en forkortelse for ’weakly interactive massive particle’, eller ’svagt vekselvirkende massiv partikel’ på dansk.

Disse mørkt stof-partikler har altså en enorm masse, men interagerer kun svagt med synligt stof. Og om det er en WIMP, man har målt, vil tiden vise.

Forskerne mener selv, at der er gode chancer for, at det er en mørkt stof-partikel, som de har fundet.

Faktisk er der ifølge forskerne kun 0,5 procent sandsynlighed for, at de ikke har målt mørkt stof, men det kræver flere hændelser at analysere. Det vil sige, at de er 99,5 procent sikre, at de faktisk har gjort det mageløse fund.

Selvom det lyder ganske højt, er der ingen forskere, der endnu tør sige, at den er hjemme.

Indtil videre har forskerne kun den ene hændelse at gå ud fra, hvilket altså ikke er nok til at være sikker.

»Jeg kender ikke det præcise tal, men jeg vil gætte på, at hvis de måler 3–4 hændelser til, så er der jackpot,« lyder Steen Harle Hansens bud.

Forskerne har heldigvis masser af data af gennemtrawle for at finde yderligere hændelser. De nuværende data blev opsamlet mellem marts 2023 og april 2024, og nu begynder det store arbejde med at finde flere nåle i høstakken.

Steen Harle Hansen popper dog ikke champagnen helt endnu.

»Jeg synes ikke, det er nu, vi skal gå ud og sige: Jamen lad os bygge en detektor der er ti gange større.«

»Det er lidt for tidligt, ikke? Lad os vente og se på en detaljeret analyse af resten først, og så bagefter kan vi tale om det.«

Dataene bag den potentielle opdagelse er endnu ikke offentligt tilgængelige, men vil blive forudpubliceret på ArXiv og er sendt til peer review ved tidsskriftet Physical Review Letters.