Forskare vid Syddansk Universitet har gjort simuleringar av partiklar av mörk materia som träffar jorden. Fysiker tror att Jorden kolliderar med oräkneliga partiklar av mörk materia när den springer genom rymden. Även om ingen någonsin har sett dessa mystiska partiklar, det finns ingen fråga bland fysiker om deras existens. Forskare har installerat detektorer runt om i världen i hopp om att upptäcka dem.

Mörka materialpartiklar kan tränga igenom alla andra former av materia, vilket innebär att de till och med kan passera genom jorden utan att förlora någon som helst energi. Å andra sidan, deras inverkan med vanliga kan hämma dem något, vilket leder till energiförlust.

"Vi vet bara inte, och det gör det definitivt inte lättare att leta efter dem, "sa Timon Emken, en doktorsexamen student vid Center for Cosmology and Particle Physics Phenomenology (CP3) vid Syddansk Universitet. För att lära dig mer om hur partiklar av mörk materia reagerar med normal materia, Emken tog hjälp av en superdator. Resultatet blev ett program som kan simulera kollisionen av partiklar av mörk materia med jorden.

"Nu, Jag kan be datorn visa mig på skärmen vad som händer när en partikel av mörk materia träffar jorden. Till exempel, Jag kan se på skärmen vilken bana partikeln skulle ta från när den träffar ytan på vår planet tills den lämnar igen, " han förklarade.

Simuleringen kallas DaMaSCUS, och det ger fysiker världen över ett nytt tillfälle att testa olika teorier. Programmet är fritt tillgängligt, och arbetet som gick in på det har publicerats i tidskriften JCAP .

I standardparadigmet, mörka materiepartiklar tvärs över jorden med en mycket låg sannolikhet att interagera med atomer som omfattar planeten. Dock, underjordiska detektorer är inställda för att göra just det, d.v.s. för att fånga sällsynta händelser av partikelkollisioner med mörk materia med en atom inuti en detektor.

"Men tänk om partiklar av mörk materia inte följer standardparadigmet? Tänk om de faktiskt interagerar tillräckligt starkt med vanliga atomer, den där, när de korsar jordens yta och reser under jorden, förlorar de tillräckligt med energi för att bli odetekterbara? Isåfall, vi kommer aldrig att upptäcka dem med hjälp av standardtekniker, "säger docent Chris Kouvaris från CP3.

En av de saker han för närvarande undersöker är möjligheten att partiklar av mörk materia sprids avsevärt när de tvärs jorden. Kouvaris och Emken använde DaMaSCUS för att visa hur ett sådant scenario skulle se ut. DaMaSCUS simulerar miljarder partiklar av mörk materia som tränger in i jorden och sprids avsevärt med underjordiska atomer, sicksacka efter varje kollision.

"Om detta är fallet, Underjordiska spridningar av partiklar av mörk materia med atomer kan göra att partiklarna i mörk materia förlorar tillräckligt med energi för att kunna upptäckas i de underjordiska detektorer som vi använder idag. "

Kouvaris förslag är därför att ta ett annat tillvägagångssätt för att leta efter de svårfångade partiklarna. I dag, det finns ett antal detektorer belägna cirka två kilometer under jordens yta. Om mörk materia interagerar svagt med vanlig materia som neutriner gör, bara dessa två partiklar kan tränga igenom kilometer från jordskorpan utan att stoppas. Således, djupa platsdetektorer undviker kontaminering av signalen från oönskad kosmisk och markbunden strålning och bakgrundsbrus.

Dock, enligt Chris Kouvaris, om mörk materia är ljus, det kan faktiskt interagera starkt med vanliga atomer, tappar energi på väg till detektorn, och detta kan göra att djupa platsdetektorer inte kan fånga den.

"Isåfall, det skulle vara mer meningsfullt att söka efter mörk materia -signaler med hjälp av detektorer på jordens yta, " han sa.

För att övervinna problemet med bakgrundsljud, han föreslår att istället för att försöka skilja mörk materia från bakgrundsbrus, forskare bör leta efter en daglig varierande signal i yt- eller lågdjupdetektorer.

Eftersom jorden rör sig i förhållande till galaxens mittpunkt, mörk materia träffar jorden övervägande från en riktning. Dock, på grund av jordens rotation runt sin egen axel, partiklar av mörk materia som kommer från vinden i den mörka materien riktas olika sträckor under 24-timmarsperioden på en dag.

Ju större sträckan under jorden, desto större är sannolikheten för underjordisk spridning. Det är detta som skapar den dagliga variationen av signalen. Den optimala platsen för att utnyttja denna effekt är på södra halvklotet på ungefär 40 grader latitud, dvs. i länder som Argentina, Chile och Nya Zeeland.

Med DaMaSCUS, Kouvaris och Emken kan exakt bestämma amplituden och fasen för denna dagliga varierande signal, vilket kan leda till upptäckten av mörk materia, om detta scenario visar sig vara sant. Kouvaris samarbetar nu med experimentet för mörk materia DAMIC, som har en bärbar detektor som potentiellt kan användas för att testa Kouvaris teorier. I den nya fasen av DAMIC, den bärbara detektorn väger 1 kg. Den är tillverkad av kisel tillverkad av det danska företaget, TOPSIL.

Man tror att 27 procent av universum består av mörk materia. Forskare tror att det binder ihop galaxer. Dock, ingen vet riktigt vad mörk materia är än.