Θεωρίες φυσικής

Υπαινιγμοί και από δεύτερο πείραμα για εποχικό σήμα της σκοτεινής ύλης

Νέα γεγονότα δικαιώνουν όσους τόσα χρόνια τώρα υποστήριζαν πως στα πειράματά τους (συγκεκριμένα στο DAMA) όχι μόνο έχει βρεθεί η σκοτεινή ύλη, αλλά και ότι το σήμα της ποικίλλει ανάλογα με τις εποχές. Έτσι, ένα δεύτερο πείραμα, που ονομάζεται CoGeNT, αναφέρει παρόμοια ευρήματα, αν και τα δύο αποτελέσματα είναι σε σύγκρουση με τις παρατηρήσεις δύο άλλων ομάδων.

Share

Νέα γεγονότα δικαιώνουν όσους τόσα χρόνια τώρα υποστήριζαν πως στα πειράματά τους (συγκεκριμένα στο DAMA) όχι μόνο έχει βρεθεί η σκοτεινή ύλη, αλλά και ότι το σήμα της ποικίλλει ανάλογα με τις εποχές. Έτσι, ένα δεύτερο πείραμα, που ονομάζεται CoGeNT, αναφέρει παρόμοια ευρήματα, αν και τα δύο αποτελέσματα είναι σε σύγκρουση με τις παρατηρήσεις δύο άλλων ομάδων.


Χάρτης παρουσιάζει την κατανομή της σκοτεινής ύλης που δημιούργησε έναν βαρυτικό φακό, όπως παρατηρήθηκε με το τηλεσκόπιο Hubble κατά τη διάρκεια της μελέτης COSMOS

Κανείς βεβαίως δεν ξέρει τι είναι ακριβώς η σκοτεινή ύλη – οι αστρονόμοι εντοπίζουν απλώς την βαρυτική έλξη της πάνω στην κανονική ύλη, η οποία φαίνεται να υπερτερεί της συνηθισμένης με ένα συντελεστή πέντε προς ένα. Όμως, πολλοί ερευνητές πιστεύουν ότι είναι κατασκευασμένη από κάποια θεωρητικά σωματίδια, τα λεγόμενα  WIMPs, που αλληλεπιδρούν μόνο ασθενώς με την κανονική ύλη.

Από το 1998, οι ερευνητές που τρέχουν το πείραμα DAMA βαθιά μέσα στο βουνό Gran Sasso της Ιταλίας υποστηρίζουν ότι έχουν βρει αποδείξεις για τα WIMPs.

Το DAMA χρησιμοποιεί μια σειρά από ανιχνευτές ιωδιούχου νατρίου για να εντοπίσει σπάνιες στιγμές, όταν δηλαδή τα WIMPs αλληλεπιδρούν με άτομα στους ανιχνευτές, παράγοντας κάποιες λάμψεις φωτός. Ο αριθμός των αναλαμπών εξασθενίζει και αυξάνει ανάλογα με τις εποχές. Τα μέλη της ομάδας DAMA υποστηρίζουν εδώ και καιρό ότι αυτό συμβαίνει επειδή η ταχύτητα της Γης, σε σχέση με την περιβάλλουσα θάλασσα της σκοτεινής ύλης, μεταβάλλεται καθώς ο πλανήτης μας περιστρέφεται γύρω από τον ήλιο. Λένε λοιπόν ότι οι παρατηρήσεις τους θα μπορούσαν να εξηγηθούν αν τα σωματίδια των WIMP είχαν μάζα μερικά GeV.

Ωστόσο, δύο άλλα πειράματα δεν έχουν βρει κανένα σημάδι από την σκοτεινή ύλη με τους ανιχνευτές τους. Το ένα, που ονομάζεται XENON100, χρησιμοποιεί 100 χιλιόγραμμα από υγρό ξένον βαθιά κάτω από το βουνό Gran Sasso, και το άλλα, που ονομάζεται CDMS ΙΙ, χρησιμοποιεί υψηλής καθαρότητας κρυστάλλους γερμανίου και πυριτίου και στεγάζεται σε ένα βαθύ ορυχείο στο Σουδάν της Μινεσότας.

Και τα δύο πειράματα είναι τόσο ευαίσθητα που θα πρέπει να έχουν δει τη σκοτεινή ύλη, αν το αποτέλεσμα του DAMA οφείλεται στα WIMPs. “Η κατάσταση έχει δημιουργήσει εντάσεις," λέει ο Dan Hooper, ένας θεωρητικός στο πανεπιστήμιο του Σικάγο.

Τώρα ένα άλλο πείραμα σκοτεινή ύλη, που ονομάζεται CoGeNT έχει βρει μια εποχιακή διακύμανση των αποτελεσμάτων της, αναφέρει ο επικεφαλής της ομάδας Juan Collar, ο οποίος παρουσίασε μια ανάλυση από παρατηρήσεις 442 ημερών, κατά την συνάντηση της Αμερικανικής Ένωσης Φυσικών στην Καλιφόρνια,

«Προσπαθήσαμε όπως όλοι οι άλλοι να διαψεύσουμε τα αποτελέσματα του DAMA, αλλά αυτό που συνέβη ήταν λίγο διαφορετικό," δήλωσε ο ίδιος.

Ο ανιχνευτής CoGeNT είναι μικρός σε σύγκριση με πολλά άλλα πειράματα σκοτεινής ύλης. Αποτελείται από ένα κρύσταλλο γερμανίου 440 γραμμάρια. Ακόμα, η σκοτεινή ύλη είναι τόσο άφθονη που αναμενόταν να περάσουν ανάμεσα από τον ανιχνευτή CoGeNT  100 εκατομμύρια σωματίδια κάθε δευτερόλεπτο.

Περίπου μία φορά την ημέρα, ένα από αυτά θα αλληλεπιδρούσε με έναν πυρήνα γερμανίου, οπότε ο πυρήνας θα κινείτο εντός του κρυστάλλου, οπότε θα αποσπούσε ηλεκτρόνια από τα γειτονικά άτομα. Ένα εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο θα προσανατόλιζε τα ηλεκτρόνια προς ένα ηλεκτρόδιο για να παραγάγει ένα μικροσκοπικό ηλεκτρικό σήμα.

Προηγουμένως, η ομάδα του CoGeNT ανέφερε μια υπερβολή ανιχνευμένων γεγονότων όταν έτρεξε το πείραμα στο ορυχείο Σουδάν για 56 ημέρες. Τα μέλη της ομάδας δήλωσαν ότι αυτή η αύξηση θα μπορούσε να οφείλεται σε κάποιο είδος θορύβου που οι φυσικοί δεν κατανοούν, ή ενδεχομένως σε WIMPs μάζας 7 GeV.

«Όπλο που καπνίζει»;

Το πείραμα λειτουργούσε συνεχώς μέχρι που έγινε μια πυρκαγιά στο ορυχείο Σουδάν, και στις 17 Μαρτίου σταμάτησε. Αυτό έκανε τον επικεφαλής Collar του πειράματος CoGeNT και τους συνεργάτες του να αναζητήσουν μια εποχιακή διακύμανση στις 442 ημέρες που κράτησαν οι παρατηρήσεις και που είχαν ήδη συγκεντρωθεί αρκετές μετρήσεις.

«Ελπίζω ότι αυτό δεν είναι τα οριστικά στοιχεία που έχουμε λάβει", λέει ο Collar, ο οποίος δεν έχει ακόμη επιστρέψει στο ορυχείο ώστε να ελέγξει για τυχόν ζημιές.

Η ομάδα CoGeNT στο ορυχείο του Σουδάν διαπίστωσε λοιπόν ότι αλλάζει το σήμα τους ανάλογα με τις εποχές, με τον ίδιο ακριβώς τρόπο όπως και στο πείραμα DAMA. Και οι υπολογισμοί τους είναι συνεπείς με ένα σωματίδιο σκοτεινής ύλης με μικρή μάζα, όπως αυτό που ανέφερε και το πείραμα DAMA στο Gran Sasso της Ιταλίας .

«Η ετήσια διαφοροποίηση σημαίνει ότι εδώ υπάρχει ένα “όπλο που καπνίζει” για τη σκοτεινή ύλη", λέει ο θεωρητικός Jonathan Feng στο Πανεπιστήμιο Irvine της Καλιφόρνιας, ο οποίος μάλιστα δεν είναι μέλος της ομάδας CoGeNT. "Αυτή είναι η πρώτη απόδειξη ότι φάνηκε κάτι, εκτός από το DAMA".

Παράξενο WIMP

Laura Baudis Όμως, η φυσικός Laura Baudis στο πανεπιστήμιο της Ζυρίχης, πιστεύει ότι το πείραμα XENON100 ακόμα δεν έχει δει ενδείξεις της σκοτεινής ύλης, και δεν είναι βέβαιη για αυτά τα αποτελέσματα: "Χρειάζομαι χρόνο για να σκεφτούμε σχετικά με αυτά."

Ο Jonathan Feng  του Irvine  υποδεικνύει ότι η διαφορά ανάμεσα σε όλα τα πειραματικά αποτελέσματα, μπορεί απλά να οφείλεται στην παραδοχή ότι τα WIMPs αλληλεπιδρούν με τον ίδιο τρόπο με τα πρωτόνια και τα νετρόνια. Εάν όμως αυτό δεν συμβαίνει στην πράξη, τότε αυτή η διαφοροποίηση θα μπορούσε να εξηγήσει τις διαφορές στα σήματα στους ανιχνευτές από ξένον και γερμάνιο, που το καθένα έχει διαφορετική αναλογία πρωτονίων και νετρονίων.

"Αυτά τα πειράματα μπορεί να φαίνονται ασυνεπή, αλλά μια μικρή θεωρητική αλλαγή μπορεί να ευθυγραμμίσει και τα δύο αποτελέσματα.", δήλωσε.

Τέλος, και οι δύο ομάδες, CoGeNT και XENON100, σχεδιάζουν να διευρύνουν τα πειράματά τους. Ήδη έχει δοθεί έγκριση για την κατασκευή του πειράματος XENON1T πάλι στο ορυχείο Gran Sasso της Ιταλίας, το οποίο θα χρησιμοποιεί 1 τόνο υγρού ξένον. Ενώ, η ομάδα CoGeNT στην Αμερική σχεδιάζει να αντικαταστήσει τον απλό κρύσταλλο γερμανίου με τέσσερα ξεχωριστούς κρυστάλλους, που το καθένα θα ζυγίζει 1 κιλό, και σκοπεύει να θα αρχίσει φέτος τα νέα πειράματα της.

Πηγή: New Scientist

Δείτε και τα πιο παλιά άρθρα

About the author

physics4u

Leave a Comment

Share