Nedanför Black Hills i South Dakota, rymmer Sanford Underground Research Facility detektorn Large Underground Xenon (LUX), ett banbrytande instrument designat för att fånga de svårfångade partiklarna som utgör mörk materia. Detektorn innehåller 0,33 ton flytande xenon förseglad i ett titankärl, övervakat av ett rutnät av mycket känsliga fotomultiplikatorer som registrerar de svaga blixtarna som produceras när en mörk materia partikel kolliderar med en xenonkärna.
För att skydda experimentet från kosmisk strålning sitter LUX under en mil av sten. Även om ingen definitiv signal ännu har upptäckts, förväntas de senaste kalibreringsuppgraderingarna pressa detektorns känslighet till nya gränser och föra forskarna närmare ett genombrott. "Det är viktigt att vi fortsätter att pressa kapaciteten hos vår detektor", säger Brown University fysiker Rick Gaitskell.
Strävan efter att identifiera mörk materia går tillbaka till 1933, när den schweiziske astronomen Fritz Zwicky observerade att galaxhopar roterade för snabbt för att hållas samman av enbart synlig materia. Sedan dess har forskare använt en rad verktyg – från Large Hadron Collider i Europa till NASA:s Chandra X-ray Observatory – för att undersöka denna dolda komponent i universum.
Att upptäcka den sanna naturen hos mörk materia skulle inte bara lösa ett långvarigt astrofysiskt pussel utan också öppna dörrar till potentiella tekniska tillämpningar.
2009 föreslog fysikern Jia Liu att om mörk materia består av neutralinos – hypotetiska, elektriskt neutrala partiklar som är deras egna antipartiklar – så skulle deras ömsesidiga förintelse kunna frigöra enorma mängder energi. Ett enda pund neutralinos skulle kunna generera nästan fem miljarder gånger energin jämfört med motsvarande vikt dynamit.
En sådan "mörk materia-reaktor" skulle kunna ge den dragkraft som behövs för att en rymdfarkost ska kunna accelerera till relativistiska hastigheter, vilket dramatiskt minskar restiderna till de närmaste stjärnorna.
Enligt Lius koncept skulle en rymdfarkost ha en inneslutningskammare som öppnas för att "scoopa" mörk materia när den färdas. När materialet väl är förseglat, komprimerar kammaren partiklarna, vilket ökar utrotningshastigheten. Den resulterande energin kanaliseras sedan för att driva fartyget framåt. Cykeln upprepas under hela resan.
Eftersom motorn drar bränsle direkt från det interstellära mediet kan en farkost på 100 ton närma sig ljushastigheten inom några dagar, vilket minskar en resa till ProximaCentauri från tiotusentals år till ungefär fem år.
Även om detta scenario förblir spekulativt, illustrerar det de transformativa möjligheter som forskning om mörk materia kan låsa upp.
Undersökningar av mörk materia kan avslöja nya mekanismer för energiomvandling och lagring, vilket potentiellt kan leda till rena kraftkällor med hög densitet baserade på partikelförintelse.
Säker drift skulle kräva robusta inneslutningssystem och exakt kontroll över förintelseprocesser för att förhindra okontrollerade utsläpp av högenergistrålning, vilket säkerställer besättningens och rymdfarkostens integritet.
