Τη μυστηριώδη σκοτεινή ύλη ετοιμάζονται να αναζητήσουν αμερικανοί φυσικοί στα έγκατα της Γης, έχοντας ήδη ξεκινήσει να κατασκευάζουν ένα επιστημονικό εργαστήριο σε βάθος περίπου 1.500 μέτρων, σε ένα εγκαταλειμμένο ορυχείο χρυσού στη Νότια Ντακότα.
Θα είναι το πιο βαθύ επιστημονικό εργαστήριο στον κόσμο και επιλέχτηκε, ώστε η τοποθεσία του να είναι προστατευμένη από τις κοσμικές ακτινοβολίες που μπορεί να παρεμβληθούν στις προσπάθειες ανίχνευσης της σκοτεινής ύλης, η οποία θεωρείται ότι αποτελεί σχεδόν το ένα τέταρτο της συνολικής μάζας του σύμπαντος.
Το πρώτο πείραμα θα λέγεται Μεγάλος Υπόγειος Ανιχνευτής Ξένον (LUX-Large Underground Xenon) και θα επιχειρήσει να ανιχνεύσει τα ασθενώς αλληλεπιδρώντα σωματίδια (WIMPs), που δημιουργήθηκαν στις απαρχές του σύμπαντος, οπότε μπορεί να δώσουν στους επιστήμονες μια εικόνα από το αρχικό Big Bang που δημιούργησε το σύμπαν.
Η σκοτεινή ύλη δεν εκπέμπει ανιχνεύσιμη ακτινοβολία, και αλληλεπιδρά με την συνηθισμένη ύλη μόνο βαρυτικά, δηλαδή γίνεται αντιληπτή από τις βαρυτικές επιπτώσεις της στην ορατή ύλη. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η σκοτεινή ύλη στο σύμπαν δεν αλληλεπιδρά με την κανονική ύλη μέσω των γνωστών δυνάμεων, για παράδειγμα μέσω των ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων. Οι φυσικοί βέβαια προσπαθούν να κατανοήσουν τι ακριβώς είναι η σκοτεινή ύλη, πόση υπάρχει και ποια επίπτωση μπορεί να έχει για το μέλλον του σύμπαντος.
Σύμφωνα με τις εκτιμήσεις των φυσικών, χωρίς τη σκοτεινή ύλη οι γαλαξίες ίσως να μην είχαν ποτέ σχηματιστεί. Μαθαίνοντας περισσότερα γι’ αυτήν, οι επιστήμονες ευελπιστούν να καταλάβουν αν το σύμπαν όντως διαστέλλεται ή τελικά συστέλλεται.
Οι φυσικοί στο πείραμα με το LUX θα προσπαθήσουν να παγιδέψουν τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης σε μια δεξαμενή 300 κιλών, γεμάτη με υγρό ξένον, μια ψυχρή ουσία που είναι τρεις φορές πιο βαριά από το νερό.
Το εργαστήριο έχει πάρει το όνομα "Σπήλαιο Ντέηβις", προς τιμήν του νομπελίστα (2002) φυσικού Ray Davis, ο οποίος στη δεκαετία του ΄60 είχε χρησιμοποιήσει το ίδιο υπόγειο ορυχείο για να αποδείξει την ύπαρξη των ηλιακών νετρίνων. .
Παράλληλα, προγραμματίζεται η κατασκευή δύο ακόμα βαθύτερων εργαστηρίων, σε βάθος περίπου 2.400 μέτρων, η οποία αναμένεται να αρχίσει το 2012 και να είναι έτοιμα για λειτουργία μέχρι το 2016. Το όλο εγχείρημα υπολογίζεται ότι θα κοστίσει γύρω στα 550 εκατομμύρια δολάρια και αναμένεται η σχετική έγκριση από το Κογκρέσο.
Το ορυχείο παραμένει κλειστό από το 2001, έπειτα από 125 χρόνια συνεχούς λειτουργίας. Πριν κτιστούν τα νέα επιστημονικά εργαστήρια, πρέπει να γίνουν εκτεταμένες εργασίες αποστράγγισης υδάτων, σταθεροποίησης των στοών και εγκατάστασης εξοπλισμού.
Τα σενάρια που υπάρχουν για την δομή της σκοτεινής ύλης είναι τα εξής
1. Να αποτελείται από συνήθη βαρυονική ύλη (μη-εξωτική)
Δηλαδή αντικείμενα MACHO (Massive Astrophysical Compact Halo Objects). Έρευνες όμως έδειξαν ότι τα MACHO μπορούν να δικαιολογήσουν περίπου το 20% της σκοτεινής βαρυονικής ύλης. Ή νέφη μοριακού υδρογόνου στην εξωτερική περιοχή του γαλαξιακού δίσκου, υπόθεση που ενισχύεται από την ανίχνευση γραμμών CO από αέριο σε απόσταση 12 kpc από το κέντρο του γαλαξία.
2. Να αποτελείται από νετρίνα
Τα νετρίνα με μάζα είναι ένας καλός υποψήφιος για την σκοτεινή ύλη.
3. Να αποτελείται από υπερ-συμμετρικά σωματίδια
Να αποτελείται από εξωτική ύλη (νετραλίνο ή selectron ή φωτίνο), δηλαδή από υπερ-συμμετρικά σωματίδια που θα μπορούσαν να έχουν συνενωθεί σε τεράστιες δομές στην άλω των γαλαξιών. Οι θεωρίες "ρήξης" των Υπερσυμμετρικών Θεωριών υποστηρίζουν την ύπαρξη υπερσυμμετρικών σωματιδίων στην γαλαξιακή άλω, ως αντηχήσεις της Μεγάλης Έκρηξης. Σύμφωνα με αυτές τις θεωρίες τα ελαφρύτερα και σταθερότερα υπερσυμμετρικά σωμάτια που δημιουργήθηκαν στο πρώιμο Σύμπαν, έχουν επιβιώσει μέχρι την εποχή μας και εξαϋλώνονται, παράγοντας πολύ ενεργά αντι-πρωτόνια.
