Κάποια αντιφατικά αποτελέσματα ορισμένων πειραμάτων που ψάχνουν για την σκοτεινή ύλη μπορεί να επιλυθούν μόνο εάν η φευγαλέα σκοτεινή ουσία αποτελείται από δύο είδη σωματιδίων κι όχι από ένα, σύμφωνα με φυσικούς στις ΗΠΑ.
Καλλιτεχνική απεικόνιση του δορυφόρου PAMELA: Μήπως το πείραμα έχει δει το κρυμμένο πεδίο
Η νέα θεωρία θα μπορούσε να ξεκαθαρίσει ένα μυστήριο που ήρθε στο φως το 2008, όταν η επιστημονική ομάδα PAMELA κυκλοφόρησε ένα από τα ισχυρότερα αποδεικτικά στοιχεία που βγήκαν ποτέ για την άμεση ανίχνευση της σκοτεινής ύλης – μια ουσία που πιστεύεται ότι αποτελεί πάνω από το 80% της ύλης του Σύμπαντος.
Η ομάδα PAMELA είδε μια απότομη αύξηση στο πλήθος των κοσμικών ποζιτρονίων, που πιστεύεται ότι παράγονται όταν τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης εξαϋλώνονται. Αλλά δεν υπήρχε κάποιο σύμφωνο σήμα για την παρουσία αντι-πρωτονίων, τα οποία θα πρέπει επίσης να δημιουργούνται από την εξαΰλωση, όπως μας λέει η κυρίαρχη θεωρία της σκοτεινής ύλης.
Αυτό βεβαίως δεν είναι και το μόνο πρόβλημα. Εάν το σήμα της ομάδας PAMELA ήταν πράγματι απόδειξη για μια εξαΰλωση, τότε η συγκεκριμένη σκοτεινή ύλη θα είναι ένα είδος που ποτέ δεν θα εμφανιζόταν σε πειράματα απευθείας ανίχνευσης, όπως για παράδειγμα το CDMS-II, που γίνεται σε ένα ορυχείο στη Μινεσότα. Αλλά τα τελευταία χρόνια το πείραμα CDMS-II καθώς και άλλα άμεσα πειράματα ανίχνευσης έχουν βρει τις δικές τους νύξεις για την σκοτεινή ύλη.
Παραμονεύουν στον «κρυφό τομέα»
Τώρα όμως ο Daniel Feldman στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν και οι συνεργάτες του πιστεύουν ότι έχουν βρει έναν τρόπο να ενταχθούν κάπου αυτά τα σήματα που δύσκολα ταιριάζουν. Λένε λοιπόν ότι η σκοτεινή ύλη μπορεί να αποτελείται από δύο είδη σωματιδίων – ένα συμβατικό σωματίδιο, τα οποία θα εμφανιστούν σε πειράματα άμεσης ανίχνευσης, και ένα σωματίδιο «κρυφού τομέα» (ένα κβαντικό πεδίο μη παρατηρήσιμο μέχρι τώρα στο οποίο αντιστοιχεί κάποιο σωματίδιο εκτός του Καθιερωμένου Μοντέλου, που αλληλεπιδρούν μέσω της βαρυτικής δύναμης), το οποίο θα μπορούσε να εξηγήσει το σήμα του πειράματος PAMELA.
«Νομίζω ότι έχουμε το πρώτο μοντέλο με το οποίο είμαστε σε θέση να εξηγήσουμε ουσιαστικά το σύνολο των σημερινών δεδομένων για την σκοτεινή ύλη», λέει ο Pran Nath, ένας από τους συνεργάτες του Feldman από το Πανεπιστήμιο Northeastern της Βοστόνης.
Η σκοτεινή ύλη πιστεύεται ότι αλληλεπιδρά μόνο μέσω της βαρύτητας και της ηλεκτρασθενούς δύναμης, γι αυτό και από τα πιο δημοφιλή υποψήφια σωματίδια είναι τα Ασθενώς Αλληλεπιδρώντα Σωματίδια με Μάζα, ή WIMPs. Αλλά τα τελευταία χρόνια ορισμένοι ερευνητές έχουν αρχίσει να αναθεωρούν την υπόθεση των WIMP υπέρ πιο πολύπλοκων θεωριών, με σκοπό να τις ταιριάξουν με δεδομένα κάποιων πειραμάτων.
Όταν δύο WIMPs εξαϋλώνονται, για παράδειγμα, θα πρέπει να παράγουν δύο μποζόνια, τα οποία με τη σειρά τους διασπώνται είτε σε ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια, ή σε πρωτόνια και αντι-πρωτόνια. Το PAMELA λοιπόν, ένας δορυφόρος σε τροχιά γύρω από τη Γη, παρατήρησε μόνο τη μια πλευρά αυτής της διαδικασίας – το ηλεκτρόνιο και το ποζιτρόνιο – κάτι που υποδηλώνει είτε ότι το σήμα του είναι ελαττωματικό, ή κάτι δεν πάει καλά με τη θεωρία.
Προκλητικοί υπαινιγμοί
Ένας λόγος να πιστεύουμε ότι η θεωρία θα μπορούσε να μην είναι σωστή έρχεται από τα δεδομένα πειραμάτων άμεσης ανίχνευσης, τα οποία συνήθως αναζητούν την ανάκρουση των πυρήνων καθώς αυτοί συγκρούονται με τα WIMPs. Εδώ και χρόνια η συνεργασία DAMA με έδρα την Ιταλία ισχυρίζεται ότι βρήκε αποδείξεις αυτού του είδους, και, πρόσφατα, οι συνεργασίες CDMS-II και CoGeNT έχουν επισημάνει τους δικούς τους προκλητικούς υπαινιγμούς.
Αλλά αυτά τα σήματα δεν ταιριάζουν με το σήμα των WIMP που βλέπει το PAMELA – πράγματι, αν το σήμα του PAMELA είναι πραγματικό, σύμφωνα με την καθιερωμένη υπόθεση των WIMP, τότε τα πειράματα με άμεση ανίχνευση της σκοτεινής ύλης δεν θα πρέπει να δουν τίποτα.
Τι περιέχει το σύμπαν από ενέργεια και ύλη
Έτσι λοιπόν οι Feldman και Nath με τη θεωρία τους εξηγούν πώς το πείραμα PAMELA καθώς και τα πειράματα άμεσης ανίχνευσης θα μπορούσαν εξίσου και τα δύο να βρίσκουν αποδεικτικά στοιχεία για την σκοτεινή ύλη. Προτείνουν έναν τύπο σκοτεινής ύλης πολλαπλών στοιχείων, που αποτελείται από δύο πολύ διαφορετικά σωματίδια. Ένα από αυτά θα ήταν το συμβατικό WIMP – δηλαδή ένα νετραλίνο που προβλέπεται από τις υπερσυμμετρικές επεκτάσεις του Καθιερωμένου Μοντέλου της σωματιδιακής φυσικής. Το νετραλίνο είναι ένα σωματίδιο που ταυτίζεται με το αντισωματίδιο του, ενώ παράγει πολύ λίγη αντιύλη κατά την εξαΰλωση του, όμως θα παράγει ανάκρουση του πυρήνα σε πειράματα άμεσης ανίχνευσης.
Το άλλο σωματίδιο θα ήταν ένα αντισυμβατικό, WIMP “κρυμμένου τομέα”. Ο κρυφός τομέας είναι μια προσθήκη στο Καθιερωμένο Μοντέλο το οποίο περιλαμβάνει διάφορα σωματίδια και δυνάμεις επιπρόσθετες σε εκείνες που είναι γνωστές σήμερα. Η αμερικανική ομάδα θεωρεί ότι ένα "Dirac" σωματίδιο κρυμμένου τομέα (το οποίο έχει ένα ξεχωριστό αντι-σωματίδιο) θα ήταν σε θέση να διασπαστεί σε ποζιτρόνια μετά την εξαΰλωση, αλλά χωρίς αντι-πρωτόνια, και ως εκ τούτου θα μπορούσε να εξηγήσει το σήμα του PAMELA.
Η δυνατότητα ελέγχου είναι ωφέλιμη
O Joe Silk, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, πιστεύει ότι η μελέτη είναι μία από τις πολλές που έχουν προσπαθήσει να εξηγήσουν την ανεπάρκεια των σημάτων της σκοτεινής ύλης. Επισημαίνει όμως ότι το κάνει καλύτερα, εάν βεβαίως η θεωρία τους είναι ελέγξιμη.
"Κάθε μοντέλο εξαΰλωσης που ταιριάζει με τα δεδομένα του PAMELA πρέπει να δίνει μια μεγάλη ροή ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια υψηλής ενέργειας στο πρώιμο σύμπαν, όταν τότε η πυκνότητα της σκοτεινής ύλης ήταν πολύ υψηλότερη από ό,τι είναι σήμερα”, λέει. Αυτό, προσθέτει, θα "μπέρδευε" την πρώιμη εποχή του σύμπαντος, όταν ηλεκτρόνια και πρωτόνια συνδυάστηκαν για πρώτη φορά για να φτιάξουν τα ουδέτερα άτομα υδρογόνου, και πρέπει, επομένως, να εμφανίζεται σαν διακυμάνσεις στην ακτινοβολία του Κοσμικού Υπόβαθρου Μικροκυμάτων (CMB).
Τέτοιες διακυμάνσεις μπορεί να είναι πολύ μικρές για να τις παρατηρήσουμε με τον WMAP, τον δορυφόρο που μας έχει δώσει τις περισσότερες πληροφορίες έως σήμερα για την Μικροκυματική Ακτινοβολία Υποβάθρου CMB. Όμως, το παρατηρητήριο Planck, που είναι σε τροχιά από το 2009, θα είναι σε θέση να ψάξει πολύ πιο αναλυτικά για αυτές. Μόνο τότε, όπως φαίνεται, θα μπορούσαμε να πάρουμε μια ιδέα για το αν η σκοτεινή ύλη είναι τόσο περίπλοκη όπως ισχυρίζονται οι Feldman και Nath.
Πηγή: PhysicsWorld
Διαβάστε και τα παρακάτω κατατοπιστικά άρθρα
Ανεξήγητα ποζιτρόνια στο διάστημα θα μπορούσαν να προέρχονται από την σκοτεινή ύλη
Φήμες ότι ανιχνεύτηκε η Σκοτεινή Ύλη στη Γη
Μπορεί να κρύβεται ένα παράδοξο σύμπαν
Αγώνας για την ανίχνευση της Σκοτεινής Ύλης
Φυσικοί επιδιώκουν την κατανόηση της απόκρυψης της σκοτεινής ύλης
Leave a Comment