Πολλά δεδομένα μας δείχνουν ότι η σκοτεινή ύλη, η μυστηριώδης ουσία που αποτελεί το 83% της μάζας του σύμπαντος, αποτελείται από υποατομικά σωματίδια που είναι γνωστά γενικά ως WIMPs ( ασθενώς αλληλεπιδρώντα σωματίδια με μάζα). Όπως λέει και το όνομά τους τα σωματίδια αυτά αλληλεπιδρούν σπάνια με την κανονική ύλη.
Στις κοσμικές κλίμακες, η υποτιθέμενη επίδραση των WIMPs είναι εύκολο να εντοπιστεί. Η συλλογική βαρύτητα των σωματιδίων αυτών της σκοτεινής ύλης, ελέγχει όχι μόνο την κατανομή αλλά και την κίνηση των άστρων στους γαλαξίες. Όμως η ανίχνευση μεμονωμένων WIMPs είναι πολύ δυσκολότερη.
Σε ένα πείραμα, που ονομάζεται XENON100 και εκτελείται σε ένα σπήλαιο βαθειά κάτω στην Απέννινα όρη της Ιταλίας κοντά στο Gran Sasso, μετά από 100 μέρες συνεχούς λειτουργίας μας έχει δώσει μεν πιο αυστηρά όρια για τις ιδιότητες των WIMP, αλλά δυστυχώς δεν ανίχνευσε κανένα ίχνος των σωματιδίων για τα οποία σχεδιάστηκε. .
Στο πείραμα αυτό υπάρχει μια τράπεζα από φωτοπολλαπλασιαστές που παρακολουθούν 100 kg υγρού ξένου. Εάν ένα WIMP΄-ή οποιαδήποτε άλλο ενεργητικό σωματίδιο – συγκρουστεί με ένα από τα άτομα του ευγενούς στοιχείου ξένον, θα δημιουργηθεί ένας σπινθηρισμός που θα ανιχνευθεί από τους ανιχνευτές – φωτοπολλαπλασιαστές. Εδώ πρέπει να πούμε ότι το Xenon100 αποτελεί έναν από τους πιο ευαίσθητους ανιχνευτές σκοτεινής ύλης στον κόσμο.
Τα υπερκείμενα πετρώματα αποτρέπουν στα κοσμικά μιόνια (που προέρχονται από την κοσμική ακτινοβολία) από το να φτάσουν στο ξένον, αλλά δυστυχώς οι βράχοι περιέχουν ραδιενεργά στοιχεία, που εκπέμπουν ακτίνες γάμμα. Οι ακτίνες γάμμα με τη σειρά τους μπορεί να δώσουν σπινθηρισμούς, δίνοντας έτσι ψευδή σήματα για WIMP’s. Παρά το γεγονός ότι πείραμα XENON100 ενσωματώνει τρόπους για να διακρίνουν την πηγή των σπινθηρισμών, παραμένουν ορισμένα ψευδή σήματα στο υπόβαθρο.
Σε μια εργασία που υποβλήθηκε στο Physical Review Letters, η ερευνητική ομάδας XENON100 ανίχνευσε τρία γεγονότα που επέζησαν σε όλα τα κριτήρια διάκρισης. Δεδομένου ότι το αναμενόμενο υπόβαθρο ήταν 1,8 γεγονότα, τα τρία γεγονότα δεν συνιστούν μια αυστηρή ανίχνευση των WIMP’s, αλλά δημιουργούν ένα χαμηλότερο όριο για τη μάζα των WIMP και την ενεργό διατομή της αντίδρασης μεταξύ WIMP και πυρήνων.
Η υπερσυμμετρία, μια επέκταση του καθιερωμένου μοντέλου της σωματιδιακής φυσικής, προβλέπει την ύπαρξη WIMPs της τάξεως των 100 GeV/c 2, που είναι όμως συνεπής με τα αποτελέσματα του XENON100 και είναι προσβάσιμη από τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC). Επίσης στο μέλλον μπορεί να ανιχνευθούν από το Άλφα Μαγνητικό Φασματόμετρο στο Διεθνή Διαστημικό Σταθμό.
Το αποτέλεσμα του XENON100 δηλαδή δεν αποκλείει την ύπαρξη των WIMPs, αλλά φαίνεται ότι τα σωματίδια αυτά είναι πολύ πιο δύσκολο να ανιχνευθούν, απ’ όσο πίστευαν οι φυσικοί.
Πηγή: Physics Today
Leave a Comment