Wszechświat powstał w wielkim wybuchu. Wkrótce potem powstało promieniowanie tła. Kiedyś składało się ono z bardzo gorących fotonów, ale ponieważ wszechświat się rozszerza, obecnie można je wykryć jedynie jako mikrofale. Promieniowanie tła może zobaczyć niemal każdy – na przykład jako szum w telewizorze.

Zjawisko to odkryli przypadkowo naukowcy Wilson i Penzias, za co otrzymali Nagrodę Nobla w 1965 roku. Z początku naukowcy nie wiedzieli, co odkrywają. Usiłowali zrozumieć dlaczego szumi im antena do astrofizycznych pomiarów. Aby wyeliminować szum, usuwali gniazda gołębi, dopiero po konsultacji w z astrofizykiem dowiedzieli się o hipotezie związanej z powstaniem wszechświata.

„W ostatnich latach bardzo dokładnie poznaliśmy strukturę promieniowania mikrofalowego dzięki satelitom. Coraz więcej wiemy o rozkładzie przestrzennym kosmosu. A ponieważ potrafimy go modelować, wychodzą nam rzeczy niepokojące” – mówi dr Piskozub. Jak tłumaczy, większość materii Wszechświata nie jest materią, jaką znamy.

„Znana nam materia to atomy, te składają się z protonów, neutronów, te z kolei z kwarków, wokół jąder krążą elektrony. Kiedy zsumujemy ich masy, okaże się, że wynik stanowi zaledwie 4 proc. masy Wszechświata” – zauważa fizyk. Jak wylicza, 73 proc. tej masy to „ciemna materia”, o której wciąż niewiele wiemy. Natomiast nieznane cząstki elementarne, które bardzo słabo oddziaływają z tym, co znamy, zwane są czarną materią, a ich masa to 23 proc. masy Wszechświata.

CZĄSKI, KTÓRE PRZENIKAJĄ MATERIĘ

„Ciemna materia to cząstki, które są w stanie przelecieć przez ziemię, jakby była powietrzem” – wyjaśnia dr Piskozub. Zaznacza jednak, że niektóre z nich powinny słabo oddziaływać z atomami zwykłej materii, czyli odbijać się. „Kiedy cząstka odbija się, to zwalnia i dlatego przy takich zderzeniach pojawia się szansa, że taka cząstka wejdzie na orbitę ziemi” – mówi naukowiec. Tłumaczy, że cząstka, która przechodzi przez materię zwykłą, może wejść na orbitę ziemi w jej wnętrzu.

Naukowcy mają nadzieję, że część nieznanej materii wpada do wnętrza Ziemi i po wytraceniu prędkości w wyniku szeregu zderzeń ze „zwykłą” materiąi gromadzi się w jej środku. Może tam oddziaływać sama ze sobą i z innymi cząstkami. Fizycy znają zasady zachowania w takich reakcjach i są przekonani, że mogą więc twierdzić, że coś po nich pozostaje.

Jak twierdzi dr Piskozub, jedną z rzeczy, jakie powinny zostać, są tzw. neutrina. One również, podobnie jak ciemna materia, bardzo dobrze przenikają przez zwykłą materię, są bardzo lekkie i bardzo szybkie.

„Możemy niektóre z nich wykrywać. Potrzeba do tego dużego zbiornika wody i odizolowania od promieniowania kosmicznego z góry. Dlatego takie rzeczy robi się w jaskiniach lub w kopalniach” – tłumaczy fizyk. Urządzenie do wykrywania neutrin to „teleskop patrzący w dół”. Zbiornik o pojemności 20 tys. ton wody z mnóstwem detektorów dookoła powstał na przykład w Japonii. Jednak, jak przyznaje dr Piskozub, takie badania są bardzo drogie. „Istnieje prostsza alternatywa – badania w oceanie. Takie projekty prowadzone są m.in. na Morzu Śródziemnym. Zainstalowano tam duży teleskop, który ma mieć 0,1 km sześc., wyposażony w wiszące na linach fotopowielacze do wykrywania światła” – tłumaczy fizyk. Drugi podobny detektor budowany jest w lodzie, na Antarktydzie na biegunie południowym. Idea jest taka, że teleskop europejski „patrzy” na półkulę południową, a drugi „spogląda” przez ziemię na półkulę północną.

GENEZA WSZECHŚWIATA – ODPOWIEDŹ WE WNĘTRZU ZIEMI?

Naukowiec wyjaśnia, dlaczego eksperci poszukują fotonów. Otóż neutrina również rozpadają się w zderzeniu z materią – na wiele różnych cząstek. Te cząstki są tak szybkie, że w wodzie poruszają się z prędkością nadświetlną.

„Prędkość światła w wodzie to jedynie 3/4 tej prędkości, którą fotony osiągają w próżni. Cząstki te zostawiają snop światła, zwany promieniowaniem Czerenkowa. Jest ono wykrywane i za jego pomocą szuka się źródeł kosmicznych neutrin” – opowiada Piskozub.

Jeżeli potwierdzi się, że ziemia jest źródłem szybkich neutrin, będzie to dowód na istnienie ciemnej materii. Nie ma bowiem innego efektywnego mechanizmu ich powstawania we wnętrzu ziemi, jak właśnie rozpady cząstek ciemnej materii.

***

Dr Piskozub tłumaczy nieobecność Polskich oceanografów w opisywanych przez siebie międzynarodowych projektach, brakiem koordynacji prac naukowców z różnych dyscyplin. Jest przekonany, że polscy oceanografowie mają odpowiednie przygotowanie. Zapewnia jednak, że Polscy eksperci oceanografii nie próżnują. Niezwykle interesujące są prowadzone przez nich badania prądów morskich w Arktyce, która – jak wiadomo – stopniowo napełnia się napełnia ciepłą wodą, wynikiem czego nieuchronnie zbliża się chwila, kiedy lody zaczną topnieć.

PAP – Nauka w Polsce, Agnieszka Uczyńska

reo