Pomimo ogromnego postępu technicznego, którego jesteśmy uczestnikami i świadkami, świat wokół nas jest nadal pełen tajemnic. Jedną z nich jest sekretna ciemna materia, która – według obecnych szacunków – stanowi nawet 85 proc. masy wszechświata. Tymczasem nie wiemy o niej niemal nic. Jak dotąd efekty fizyczne sugerujące istnienie ciemnej materii były obserwowane tylko w skali całych galaktyk. Bez istnienia ciemnej materii, galaktyki, w tym nasza Droga Mleczna, po prostu by się rozpadły. Początkowo przypuszczano, że ciemna materia to nieznane obiekty astronomiczne, których dotąd nie udało nam się zaobserwować, gdyż emitują zbyt mało światła. Przypisywano również tę rolę czarnym dziurom. Później zaczęto przypuszczać, że ciemną materię stanowią jakieś nowe cząstki elementarne, nieznane ziemskiej nauce, obdarzone co prawda masą, ale zachowujące się inaczej niż znane nam obiekty fizyczne.
W zaproponowanym przez naukowców modelu ciemna materia w normalnych warunkach oddziałuje ze zwykłą materią, i z sobą samą, ale wyłącznie za pośrednictwem sił grawitacji. Jeśli energia tego oddziaływania będzie dostatecznie duża, wówczas ciemna materia jest w stanie oddziaływać z materią zwykłą, co potencjalnie jest możliwe do wykrycia w bardzo specyficznych warunkach badawczych. W kolejnych latach pojawiły się wyniki obserwacji, które potwierdziły te hipotezy.
Wierzymy zatem, że ciemna materia naprawdę istnieje, ale pojęcia nie mamy z czego jest ona zbudowana. Nie dysponujemy bowiem modelem teoretycznym, bo nie wiemy czego, gdzie i jak szukać. Wyzwanie jest zatem ogromne, ale i stawka bardzo wysoka – możliwość otrzymania Nagrody Nobla przez odkrywcę.
Część naukowców poszukuje tajemniczych cząstek bezpośrednio w przestrzeni kosmicznej. Trudno jednak zweryfikować wyniki prac satelitów i sond badawczych, gdy nie wiemy, czy odkryliśmy właściwe cząstki, czy może zarejestrowane sygnały pochodzą z innego źródła, równie tajemniczego. Do tego potrzeba eksperymentalnego potwierdzenia skuteczności jednej metody inną.
Inni uczeni zaproponowali wykrywane ciemnej materii przez laboratoria umieszczone głęboko pod powierzchnią Ziemi. Jednym z nich jest chińska placówka badawcza CJPL-II, umieszczona pod górą Jinping w autonomicznej prefekturze Liangshan Yi w Syczuanie. To obecnie największy i najgłębszy podziemny obiekt na świecie stworzony przez człowieka. Jest on zlokalizowany na głębokości 2 400 m pod szczytem góry stanowiącej litą skałę i ma kubaturę 330 000 metrów sześciennych.
Naukowcy zakładają, że w takich warunkach ciemna materia, która normalnie nie reaguje ze zwykłą materią, może okazjonalnie wchodzić w taką interakcję, którą wystarczy zaobserwować. Do detekcji służy ciekły ksenon i mega czułe przyrządy, wychwytujące miniaturowe błyski, które powinny się pojawić podczas eksperymentu. Dzięki zwielokrotnieniu czujników badawczych mamy szansę na pierwszą w historii obserwację całkowicie abstrakcyjnych dla nas cząstek.
Póki co 3 lata badań nie przyniosły sukcesu. A to dopiero początek planowanej ogromnej przygody naukowej. W kolejce czekają bowiem badania składu ciemnej materii i możliwej interakcji pomiędzy jej cząsteczkami. Ogromna grupa naukowców nie może się doczekać przełomu w tym zakresie. Ręce zacierają też przeciwnicy teorii ciemnej materii, którzy liczą, że w przypadku niepowodzenia prowadzonych eksperymentów, ich pomysły będą miały szansę na realizację.
Ciemna materia, pomimo ogromnej masy łącznej, wypełnia sobą cały, niewyobrażalnie wielki wszechświat. Naukowcy szacują, że na każdy gram masy Ziemi przypadają zaledwie cztery nanogramy okołoziemskiej ciemnej materii. Oprócz materii na Wszechświat składa się jednak również energia, co znajduje odzwierciedlenie w Ogólnej Teorii Względności Alberta Einsteina. Również w tym przypadku prawdopodobne jest istnienie tzw. ciemnej energii, która ma stanowić około siedemdziesiąt procent energii we wszechświecie. To hipotetyczna forma energii, która miałaby tłumaczyć obserwowane zmiany tempa ekspansji wszechświata. W przeciwieństwie do ciemnej materii, która działa jak rodzaj kleju utrzymującego galaktyki razem, ciemna energia działa jak siła odpychająca, powodując ekspansję wszechświata. Podobnie jak w przypadku ciemnej materii, jej istnienie i struktura nie zostały potwierdzone ani eksperymentalnie, ani w postaci spójnej teorii. O ile łatwiej było żyć fizykom chociażby pod koniec XIX wieku, gdy rozkoszowali się odkryciem prawie 100% ówczesnych tajemnic świata. Po raz kolejny, „prawie” oznaczało ogromną różnicę.
Krzysztof Hajdrowski
