Problem istnienia tzw. ciemnej materii należy do jednej z najważniejszych zagadek, jakie stoją przed współczesną nauką. Choć wiele przesłanek świadczy o tym, że istnieją ciemnomaterialne cząstki, co można wnioskować m.in. z anomalii ruchu gromad galaktyk, tzw. mikrosoczewkowania grawitacyjnego światła w pozornie pustej przestrzeni, czy analiz promieniowania reliktowa, to wciąż cząstki takie umykają bezpośredniej obserwacji fizyków. Dzieje się tak, mimo że na przestrzeni ostatnich kilkudziesięciu lat naukowcy budowali coraz to czulsze i lepsze eksperymenty.

Kilka lat temu grupa fizyków z Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie (Szymon Pustelny) oraz Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley (Dmitry Budker) oraz East State University East Bay (Derek Kimball) postawiła tezę, że możliwym powodem braku obserwacji ciemnej materii nie tyle jest zbyt niska czułość realizowanych eksperymentów, co innych charakter sygnałów, które takie cząstki miałyby generować. Zaproponowali oni, że sygnały związane z tzw. topologiczną ciemna materią, tzn. z obiektami zbudowanymi z ciemnej materii, które miałyby strukturę podobną m.in. do planet czy gwiazd, manifestowałyby się jako chwilowe lub oscylacyjne zaburzenia sygnałów doświadczalnych. Jednakże z uwagi na stosowaną zazwyczaj metodologię badań sygnały takie sygnały nie były do tej pory identyfikowane w eksperymentach.

Chęć rejestracji chwilowych lub oscylujących sygnałów pochodzących od ciemnej materii wymagała opracowania nowej metodologii pomiarów. Jednym z wyzwań było stworzenie czujników, które cechowałyby się nie tylko wysoką czułością, ale również szybką odpowiedzą (duże pasmo). Innym wyzwaniem było ograniczenie szumu istniejącego w każdym pomiarze doświadczalnym. Aby to zrobić Szymon Pustelny wraz ze współpracownikami zaproponował stworzenie globalnej sieci sensorów, które poprzez porównanie wyników eksperymentów oddalonych od siebie setki, a nawet tysiące kilometrów, poszukiwałyby sygnałów pochodzących od ciemnej materii. Dzięki temu możliwe stało się uzyskanie jakościowo nowej informacji i to ze zwiększoną precyzją. Dało to również możliwość badania nieanalizowanych do tej pory doświadczalnie modeli teoretycznych.

Choć od samego pomysłu stworzenia globalnej sieci zsynchronizowanych czujników poszukujących śladów ciemnej materii minęło ponad 5 lat, samo stworzenie sieci zajęło dużo czasu. Dziś jednak sieć składa się z 14 eksperymentów rozmieszczonych na 4 kontynentach. Przeprowadzone do tej pory badania pozwoliły na zebranie danych umożliwiających przebadanie szeregu modeli teoretycznych. Część z tych analiz została już opublikowana, a następne znajdują się na ostatnim etapie przygotowań do publikacji. Już wkrótce poznamy wyniki testów szeregu modeli teoretycznych i sfalsyfikujemy (na określonym poziomie dokładności) różne teorie mówiące o istnieniu topologicznej ciemnej materii.

Więcej na temat opisanego powyżej projektu GNOME oraz prowadzonych badań znaleźć można w najnowszym numerze CERN Couriera (lipiec-sierpień 2020, str. 25) oraz na stronach Zakładu Fotoniki Instytutu Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie.