Fisikawan di Texas A&M University sedang mengembangkan detektor sangat sensitif untuk mengungkap sifat materi gelap dan energi gelap, yang menyusun 95% alam semesta. Dipimpin oleh Dr. Rupak Mahapatra, upaya ini bertujuan mendeteksi interaksi partikel langka yang jarang terjadi. Karya ini, yang ditampilkan di Applied Physics Letters, dibangun atas dasar puluhan tahun penelitian tentang teka-teki kosmik.
Komposisi alam semesta masih banyak misterius, dengan hanya 5% terdiri dari materi biasa yang terlihat oleh teleskop dan instrumen. Sisanya 95% didominasi oleh materi gelap, yang menyumbang sekitar 27% dan membentuk struktur galaksi melalui efek gravitasi, serta energi gelap, yang mencakup 68% dan mempercepat ekspansi kosmos. Keduanya tidak memancarkan, menyerap, maupun memantulkan cahaya, menyulitkan deteksi langsung, sehingga para ilmuwan menyimpulkan keberadaannya dari pengaruh gravitasi terhadap pergerakan galaksi dan struktur skala besar. Dr. Rupak Mahapatra, fisikawan partikel eksperimental di Texas A&M University, menyamakan pengetahuan saat ini dengan “mencoba menggambarkan gajah hanya dengan menyentuh ekornya. Kita merasakan sesuatu yang masif dan kompleks, tapi hanya menangkap sebagian kecilnya”. Timnya merancang detektor semikonduktor canggih dilengkapi sensor kuantum kriogenik untuk menangkap sinyal sulit dari partikel materi gelap. Instrumen ini harus mendeteksi interaksi begitu lemah yang mungkin hanya terjadi sekali setahun atau bahkan sekali per dekade. “Tantangannya adalah materi gelap berinteraksi sangat lemah sehingga kita butuh detektor yang mampu melihat peristiwa yang mungkin terjadi sekali setahun, atau bahkan sekali per dekade,” jelas Mahapatra. Kelompok Mahapatra berkontribusi pada eksperimen TESSERACT, pencarian materi gelap global yang menekankan penguatan sinyal di tengah kebisingan. Selama lebih dari 25 tahun, ia telah memajukan proyek SuperCDMS, termasuk terobosan 2014 di Physical Review Letters yang memungkinkan deteksi partikel masif berinteraksi lemah massa rendah (WIMPs), kandidat utama materi gelap. Partikel hipotetis ini berinteraksi melalui gravitasi dan gaya nuklir lemah, sering melewati Bumi tanpa terdeteksi, memerlukan sensor ultra-dingin mendekati nol absolut untuk tabrakan langka dengan materi biasa. Studi 2022 yang ditulis bersama Mahapatra mengeksplorasi strategi gabungan seperti deteksi langsung, metode tidak langsung, dan pencarian kolider untuk WIMPs. “Tidak ada eksperimen tunggal yang akan memberi kita semua jawaban,” catatnya. “Kita butuh sinergi antar metode berbeda untuk menyusun gambaran lengkap.” Mendeteksi materi gelap bisa merevolusi fisika, mengungkap hukum fundamental dan menginspirasi teknologi tak terduga. “Jika kita bisa mendeteksi materi gelap, kita akan membuka babak baru dalam fisika,” kata Mahapatra.