Ένα πείραμα βαθιά κάτω από τα δάση της Μινεσότα έχει δει δύο γεγονότα – σωματίδια – που θα μπορούσαν να είναι η πρώτη άμεση ανίχνευση της σκοτεινής ύλης.
Σε μια σειρά ανακοινώσεων αμερικανικών εργαστηρίων οι επιστήμονες τους ισχυρίζονται ότι κατάφεραν να «αιχμαλωτίσουν» τη σκοτεινή ύλη σε βάθος μισού μιλίου κάτω από τη Γη. Το επίτευγμα των επιστημόνων, εφόσον επιβεβαιωθεί το ερχόμενο έτος, θα αποτελέσει μία από τις σπουδαιότερες ανακαλύψεις του τελευταίου αιώνα στη φυσική.
Ωστόσο, υπάρχουν 25% πιθανότητες αυτό που εντόπισαν οι υπόγειοι ανιχνευτές να είναι αποτέλεσμα άλλου φαινομένου. Παρότι μη εξακριβωμένα, τα ευρήματα της ομάδας του έχουν προκαλέσει ενθουσιασμό στην επιστημονική κοινότητα.
Το επίτευγμα των επιστημόνων, εφόσον επιβεβαιωθεί το ερχόμενο έτος, θα αποτελέσει μία από τις σπουδαιότερες ανακαλύψεις του τελευταίου αιώνα στη φυσική.
Δεν ξέρουμε λοιπόν οριστικά αν βρήκε ή όχι η Έρευνα της Κρυογενικής Σκοτεινής Ύλης (CDMS) την αθέατη λεία της.
Τριάντα ανιχνευτές γερμανίου (ο ένας εμφανίζεται εδώ) που χρησιμοποιούνται για την αναζήτηση των σωματιδίων WIMPs στο πείραμα CDMS, στεγάζεται σε ένα εγκαταλελειμμένο ορυχείο στο Σουδάν, της Βόρειας Μινεσότας.
Τα ευρήματα είναι αβέβαια γιατί δεν έχουν επεξεργαστεί πλήρως – είναι ακόμα πιθανό ότι συμβατικά γνωστά μας σωματίδια, ενδέχεται να προκαλούν το σήμα – αλλά, αν επιβεβαιωθούν, αυτό θα σηματοδοτήσει το τέλος μιας δεκαετούς έρευνα για τα μυστηριώδη σωματίδια. Τα δεδομένα από το πείραμα CDMS II δείχνει επίσης ότι τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης θα πρέπει να εμφανιστούν σε συγκρούσεις στον LHC του CERN – τον πιο ισχυρό επιταχυντή σωματιδίων στον κόσμο.
Παρατηρήσεις του Ελβετού αστρονόμου Fritz Zwicky στη δεκαετία του 1930 έδωσαν τους πρώτους υπαινιγμούς για την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης. Από τότε, μελέτες της δομής του Σύμπαντος, και του τρόπου που οι γαλαξίες περιστρέφονται, επιβεβαίωσαν ότι πρέπει να υπάρχει μια αόρατη μορφή ύλης που συμμετέχει στην διαμόρφωση του σύμπαντος. Αυτή η σκοτεινή ύλη πιστεύεται ότι είναι έως και το 85 τοις εκατό του συνόλου της ύλης μέσα στο Σύμπαν, αν και η ταυτότητα της είναι άγνωστη.
Πέρυσι, το διαστημικό τηλεσκόπιο φωτογράφισε την αλλόκοτη άλω απομακρυσμένου γαλαξία, κάτι που θεωρήθηκε έμμεση ένδειξη ύπαρξης της σκοτεινής ύλης. Πιστεύεται ότι μεγάλες συγκεντρώσεις σκοτεινής ύλης διαθλούν το φως που εκπέμπουν τα αστέρια, με αποτέλεσμα να σχηματίζεται η άλως. Πριν δύο χρόνια μια ερευνητική ομάδα στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Καλιφόρνιας, δημοσίευσε τρισδιάστατο χάρτη με την κατανομή, την οποία πιστεύεται ότι ακολουθεί η σκοτεινή ύλη γύρω από τους γαλαξίες.
Τα δύο γεγονότα, που φάνηκαν από το πείραμα CDMSII το 2007, είναι οι υπογραφές της πιο πιθανής μορφής της σκοτεινής ύλης, γνωστή ως Αλληλεπιδρώντα Ασθενώς Σωματίδια με Μάζα (WIMPs). Κάθε σωματίδιο θα μπορούσε να έχει βάρος όσο ένα ολόκληρο άτομο, αλλά αποκαλύπτεται μόνο σπανίως μετά από την αλληλεπίδραση του με την συμβατική ύλη.
Τα πιθανά WIMPs συνελήφθηκαν από κρυστάλλους γερμανίου και πυριτίου, τα οποία διατηρούνται στο σχεδόν απόλυτο μηδέν (-273,15 ° C). Όταν ένα σωματίδιο WIMP χτυπά έναν από τους κρυστάλλους, θα πρέπει να προκαλεί δονήσεις που αυξάνουν πολύ λίγο τη θερμοκρασία του ανιχνευτή. Θα πρέπει επίσης να δημιουργεί ένα μικρό φορτίο στην επιφάνεια του κρυστάλλου. Συγκρίνοντας το μέγεθος και το χρονοδιάγραμμα των δύο σημάτων μπορεί να καθοριστεί αν ή δεν είχαν προκληθεί από τα WIMPs.
"Ένας ενδιαφέρον υπαινιγμός"
Μια προσομοίωση σε υπολογιστή δείχνει πως η αόρατη σκοτεινή ύλη συγκεντρώνεται στην άλω ή φωτοστέφανο (εμφανίζεται με κίτρινο χρώμα) που βρίσκεται γύρω από το κεντρικό τμήμα του γαλαξία μας
Οι επιστήμονες του CDMSII δεν λένε πολλά σχετικά με τα αποτελέσματα, μέχρι να αξιολογηθούν. Αλλά σε μια σειρά συνομιλιών που θα ακουστούν στις προσεχείς ημέρες, αναμένεται να ανακοινώσουν ότι τα υποψήφια WIMP τους φαίνεται να έχουν μάζα 30-60 GeV – ή περίπου 30-60 φορές μεγαλύτερη από ένα και μόνο πρωτόνιο. Από την ανάλυσή τους, πιστεύουν ότι υπάρχει μια πιθανότητα 75% ότι και τα δύο γεγονότα είναι WIMPs, και 25% πιθανότητα να είναι και τα δύο ψευδώς θετικά που προκαλούνται από μια αδέσποτη ακτινοβολία.
Η πιθανότητα 75% δεν είναι αρκετά καλή για να διεκδικήσει την οριστική διαπίστωση του φευγαλέου WIMPs, λέει ο Timothy Sumner, φυσικός στο Imperial College του Λονδίνου, ο οποίος είναι επικεφαλής ενός άλλου πειράματος για τα WIMP, γνωστό ως Zeplin-III. «Στατιστικά, δεν είναι επιτακτική η βεβαιότητα», λέει. Το μεγάλο ερώτημα είναι εάν το πείραμα έχει επαρκώς υπολογίσει την ακτινοβολία υποβάθρου.
Παρά το γεγονός ότι περιβάλλεται με τούβλα από μόλυβδο και είναι τοποθετημένο σε βάθος 750 μέτρα στο παροπλισμένο ορυχείο Soudan Mine, υπάρχει μια μικρή ακόμα πιθανότητα μερικά νετρόνια να βρουν το δρόμο τους προς τους κρυστάλλους και να μιμούνται σήματα των WIMP. Επίσης, κάποια αδέσποτα ηλεκτρόνια ή ακτίνες γάμμα που θα κτυπήσουν την επιφάνεια του ανιχνευτή θα μπορούσαν να δημιουργήσουν εσφαλμένες θετικές αναγνωρίσεις. Η κατανόηση και ο υπολογισμός του ως άνω υποβάθρου είναι εξαιρετικά δύσκολη και φυσικά είναι ζωτικής σημασίας για την επιβεβαίωση κάθε ανίχνευσης, υποστηρίζει ο Sumner.
"Το καλύτερο που θα μπορούσαμε να πούμε είναι ότι πρόκειται για έναν υπαινιγμό, μια υπόδειξη," λέει ο John Ellis, θεωρητικός φυσικός στο CERN.
Το κυνήγι συνεχίζεται
Η δυνατότητα ανίχνευσης στο πείραμα CDMSII είναι η τελευταία σε μια σειρά πιθανών αναγνωρίσεων της σκοτεινής ύλης. Τον Αύγουστο του 2008, ένα διεθνές διαστημικό πείραμα, γνωστό ως PAMELA, είδε περίσσεια ποζιτρονίων στο διάστημα, που θα μπορούσαν να είχαν προκύψει από την εξαΰλωση των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης (μην ξεχνάμε ότι τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης ταυτίζονται με τα αντισωματίδια τους). Και τον Οκτώβριο του 2009, το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα Fermi της NASA, είδε μια ομίχλη από φως υψηλής ενέργειας στο κέντρο του Γαλαξία μας, που θα μπορούσε επίσης να είναι η υπογραφή της σκοτεινής ύλης. Ένα ιταλικό πείραμα γνωστό ως DAMA είχε ισχυριστεί ότι είδε την σκοτεινή ύλη, αλλά πολλοί φυσικοί αντιμετωπίζουν με σκεπτικισμό τα πορίσματα της ομάδας αυτής. Τα νέα αποτελέσματα είναι σύμφωνα με τις παρατηρήσεις από το PAMELA και Fermi, γι αυτό και κάνουν τα αποτελέσματα του DAMA λιγότερο πιθανά να είναι έγκυρα.
Το αποτέλεσμα αυτό του CDMSII θα δώσει φυσικά ώθηση στον επιταχυντή LHC, για να εξακριβώσει τις παρατηρήσεις. "Ο LHC θα το δει πολύ εύκολα και σχετικά γρήγορα,» λέει ο Ellis, προσθέτοντας ότι ο επιταχυντής θα μπορούσε εύκολα να ανιχνεύσει ένα σήμα των WIMP στο τέλος του επόμενου έτους. Η επιβεβαίωση των WIMPs στις ενέργειες που προτείνει το πείραμα CDMSII θα προσφέρει επίσης υποστήριξη και στην υπερσυμμετρία, μια δημοφιλή εξωτική θεωρία, που θα εξηγεί ταυτόχρονα την σκοτεινή ύλη και την ενοποίηση ορισμένων θεμελιωδών δυνάμεων.
Αλλά οι επιστήμονες δεν μπορούν να περιμένουν ακόμη για πολύ για να μάθουν αν τα αποτελέσματα του CDMSII είναι σωστά. Πειράματα όπως το Zeplin-III λαμβάνουν τώρα δεδομένα και μπορεί να στηρίξουν τις παρατηρήσεις του CDMSII εντός ολίγων μηνών. "Μια πιθανή επιβεβαίωση θα μπορούσε να συμβεί πολύ γρήγορα”» συμπληρώνει ο Sumner.
Τέλος, παρότι είναι μη εξακριβωμένα τα ευρήματα της ομάδας έχουν προκαλέσει έναν ενθουσιασμό στην επιστημονική κοινότητα.
Πηγή: Nature
Σχετικά άρθρα
1. Φήμες ότι ανιχνεύτηκε η Σκοτεινή Ύλη στη Γη
2. Μπορεί να κρύβεται ένα παράδοξο σύμπαν
3. Αγώνας για την ανίχνευση της Σκοτεινής Ύλης
4. Φυσικοί επιδιώκουν την κατανόηση της απόκρυψης της σκοτεινής ύλης
Leave a Comment