K. Frankiewicz nagrodzona za plakat o poszukiwaniu sygnału ciemnej materii w Super-Kamiokande

Na odbywającej się na początku czerwca konferencji “Neutrino 2018” w Heidelbergu nagrodzono młodych naukowców w sesji plakatowej. Prof. Ewa Rondio, dyrektor naukowy NCBJ, donosi: “Było w sumie prawie 400 plakatów,  ponad 200 brało udział w konkursie i wygrał plakat z Polski, z NCBJ. Autorką jest  Katarzyna Frankiewicz, która właśnie złożyła pracę doktorską. Plakat zawiera część wyników zawartych w doktoracie i dotyczy poszukiwania sygnału anihilacji ciemnej  materii we wnętrzu Ziemi. Nagrodę ufundowaną przez firmę Hamamatsu wręczał m.in. prof. Kajita - laureat nagrody Nobla z 2015 roku”.

Plakat i prezentacja konkursowa znajdują się w plikach załączonych na końcu tego artukułu. 

Poniżej prezentujemy też wyjaśnienie popularne przeznaczone dla osób mniej wtajemniczonych.

Wśród fizyków panuje powszechne przekonanie, że materia, którą poznaliśmy dzięki naszym zmysłom i dzięki naszym detektorom, to zaledwie mały ułamek całej materii wypełniającej Wszechświat. O istnieniu ciemnej materii nieznanego rodzaju, która jedynie grawitacyjnie oddziałuje ze znaną nam materią, przekonują nas dość precyzyjne obserwacje astronomiczne. Spodziewamy się, że skoro materia ta ma zdolności grawitacyjne, to także stosuje się do niej słynny wzór Einsteina. Gdyby ciemna materia anihilowała (a są koncepcje, że niektóre cząstki ciemnej materii są swoimi własnymi antycząstkami), to powstała energia mogłaby zamieniać się także na znane nam cząstki, a te można by już obserwować.

Takie anihilacje mogłyby mieć miejsce we wnętrzu Ziemi, dokąd ciemną materię powinna ściągać grawitacja. Zderzenia (grawitacyjne) cząstek ciemnej materii z jądrami atomów zwykłej materii powinny te pierwsze dodatkowo spowalniać, a przez to z jednej strony “więzić” je we wnętrzu Ziemi, z drugiej zwiększać szansę na to, że dojdzie do jakiejś anihilacji (bo powolne obiekty anihilują “chętniej”, gdy spotkają swego antypartnera).

Najwięcej nadziei na wykrycie sygnału świadczącego o anihilacji ciemnej materii we wnętrzu Ziemi wiązanych jest z neutrinami - cząskami niemal bezmasowymi, pozbawionymi ładunku, które bardzo słabo oddziałują z jądrami i atomami, ale jednak oddziałują, co pozwala je obserwować. Chodzi o to, że produkty anihilacji (pierwotne lub wtórne) muszą dotrzeć z wnętrza Ziemi do naszych detektorów, a na to mają szanse tylko bardzo przenikliwe neutrina. Najpotężniejszym obecnie detektorem neutrin jest pracujący w Japonii detektor Super-Kamiokande. Dane zebrane przez ten detektor przeanalizowała właśnie Katarzyna Frankiewicz z warszawskiej grupy neutrinowej i przedstawiła je w Heidelbergu. Pani Kasia pokazała, że w zebranych danych nie widać żadnego sygnału, który można by było przypisać anihilacji ciemnej materii we wnetrzu Ziemi. Mimo to wynik jest bardzo cenny, bo dowiadujemy się z niego, że jeden z obiecujących dotąd scenariuszy wykrycia ciemnej materii niestety nie prowadzi do celu przy obecnie dostępnej czułości detektorów. Autorka włożyła ogromny wysiłek w przeprowadzenie swojej analizy i wykazała się w niej wielką starannością. To także zostało docenione.