Θεωρία συνδέει τη σκοτεινή ενέργεια με τα νετρίνα

Πηγή: NewScientist, Ιούλιος 2006

Μήπως είναι η μυστήρια σκοτεινή ενέργεια - υπεύθυνη για την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος τα τελευταία δισεκατομμύρια χρόνια - που υπονομεύει κατά λεπτό τρόπο τα πειράματα της φυσικής που διεξάγονται εδώ στη Γη; Μια νέα θεωρία προτείνει ότι μπορεί να υπάρχει μια ενδιαφέρουσα σύνδεση μεταξύ της σκοτεινής ενέργειας και των μικροσκοπικών σωματιδίων νετρίνων, και αυτή η σύνδεση θα μπορούσε να είναι υπεύθυνη για τα αινιγματικά αποτελέσματα σε διάφορα πειράματα με νετρίνα σε όλο τον κόσμο.

Το 1998, οι αστρονόμοι έμειναν έκπληκτοι όταν ανακάλυψαν ότι η διαστολή του σύμπαντος επιταχύνεται χάρις σε κάποια "σκοτεινή ενέργεια του κενού", που διαχωρίζει το διάστημα. Υπάρχουν δε διάφορες θεωρίες για το τι μπορεί να είναι η σκοτεινή ενέργεια, αλλά αυτήν την περίοδο είναι όλες πολύ δύσκολο ή τελείως αδύνατο να εξεταστούν.

Το 2003, εντούτοις, οι Rob Fardon, Ann Nelson και Neal Weiner στο πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον στο Σιάτλ πρότειναν μια πιθανή σύνδεση μεταξύ της σκοτεινής ενέργειας με τα νετρίνα.

Τα νετρίνα είναι τα ελαφρύτερα σωματίδια της ύλης, και παρήχθησαν σε απέραντες ποσότητες αμέσως μετά από από τη δημιουργία του Κόσμου. Είναι επίσης ιδιαίτερα αδιόρατα, κινούμενα με τεράστιες ταχύτητες και μπορούν εύκολα να διέλθουν κατ' ευθείαν μέσω των πλανητών και των άστρων. Ο λόγος γι αυτή τη συμπεριφορά τους είναι η σχεδόν μηδενική μάζα τους (πριν λίγα χρόνια πιστεύαμε στη μηδενική μάζα τους), στο ότι δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο και στο γεγονός ότι αλληλεπιδρούν μόνο με τη βοήθεια της ασθενούς πυρηνικής δύναμης. Άρα μπορούν να διέρχονται και μέσω του πυρήνα των ατόμων ανεμπόδιστα.

Οι εκτιμήσεις για την ενεργειακή πυκνότητα για όλα αυτά τα ταχύτητα νετρίνα είναι περιγραμματικά. Αλλά φαίνεται να είναι κατά προσέγγιση παρόμοια με την πυκνότητα της σκοτεινής ενέργειας αυτή την περίοδο, και η ομάδα του πανεπιστημίου Ουάσιγκτον προτείνει ότι το γεγονός αυτό δεν είναι μια σύμπτωση μόνο. Σκέφτονται ότι αυτές οι ενεργειακές πυκνότητες ήταν παρόμοιες σε όλη την ιστορία του σύμπαντος, επειδή η σκοτεινή ενέργεια αποτελείται από ένα ενεργειακό πεδίο που έχει μια σύνθετη αλληλεπίδραση με τα νετρίνα.

Μειωμένη πυκνότητα

Καθώς το σύμπαν επεκτείνεται, τα νετρίνα απλώνουν και γίνονται ολοένα και λιγότερο συγκεντρωμένα. Η μειωμένη πυκνότητα των νετρίνων κάνει την ενέργεια του πεδίου να αυξάνεται, και αυτό αυξάνει στη συνέχεια τη μάζα των νετρίνων, και ως εκ τούτου τη συνολική ενεργειακή πυκνότητά τους.

Οι τρεις τους δηλαδή έχουν προτείνει την ύπαρξη νετρίνων μεταβαλλόμενης μάζας τα οποία θα συμπεριφέρονταν ως υγρό αρνητικής πίεσης, επιταχύνοντας έτσι την κοσμική διαστολή καθώς θα απομακρύνονταν.

Τελευταία οι Nelson, Weiner μαζί με το συνάδελφο τους David Kaplan έδειξαν ότι αυτή η επίδραση θα έκανε επίσης να αλλάζει η μάζα των νετρίνων ανάλογα με το εάν αυτά ταξιδεύουν μέσω μιας πυκνής ύλης, όπως είναι η Γη, ή μέσω του αέρα. Και αυτή η άποψη μπορεί να εξεταστεί στα πειράματα των νετρίνων.

Περίπου μια δωδεκάδα πειράματα σε όλο τον κόσμο προσπαθούν να μετρήσουν τις ονομαζόμενες 'ταλαντώσεις' των γεύσεων των νετρίνων. Υπάρχουν ως γνωστόν τρεις τύποι (γεύσεις)  νετρίνων, το νετρίνο ηλεκτρονίου, του μιονίου και του ταυ. Και είναι γνωστό ότι μεταπίπτει ο ένας τύπος στον άλλο - η γνωστή ταλάντευση - καθώς ταξιδεύουν, με έναν τρόπο που εξαρτάται από τις διαφορές της μάζας μεταξύ τους.

Η κβαντική θεωρία προβλέπει ότι αυτές οι αλλαγές γεύσης πρέπει να έχουν τον χαρακτήρα των ταλαντώσεων, οπότε αυτό που ενδιαφέρει τους φυσικούς είναι να μετρήσουν τη συχνότητα της αλλαγής της γεύσης των νετρίνων καθώς και την πιθανότητα μιας τέτοιας αλλαγής. Οι φυσικοί θέλουν να μελετήσουν αυτές τις αλλαγές της γεύσης και για έναν άλλο λόγο. Μπορεί να τους αποκαλυφθούν φαινόμενα που δεν εξηγούνται με το Καθιερωμένο Μοντέλο πχ μπορεί να αποκαλυφθεί ένα τέταρτο είδος (γεύση) νετρίνου, του επονομαζόμενου στείρου νετρίνου, το οποίο αν υπάρχει δεν θα υπόκειται στην ασθενή αλληλεπίδραση ή ενδέχεται να συμμετέχει σε καινοφανείς αλληλεπιδράσεις που δεν έχουν ακόμη προσδιοριστεί. Γι αυτό και αν υπάρχει μια Νέα Φυσική εκεί το νετρίνο θα παίζει σπουδαίο ρόλο. 

Διάφορα πειράματα μετρούν αυτή την αλλαγή - από τον έναν τύπο στον άλλο - στα νετρίνα που έχουν ταξιδέψει από τον πυρήνα του ήλιου ή από πηγές νετρίνων που προκαλούνται από τον άνθρωπο, όπως οι πυρηνικοί αντιδραστήρες. Αλλά τα αποτελέσματα από διαφορετικά πειράματα έρχονται σε αντίθεση συχνά το ένα με το άλλο. Κι αυτό μπορεί να συμβαίνει επειδή οι πορείες των νετρίνων περιέχουν διάφορους συνδυασμούς αέρα και στερεού βράχου, στους οποίους οι μάζες των νετρίνων είναι διαφορετικές.

Η ομάδα του πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον ελπίζει ότι αν γίνουν κι άλλα πειράματα που θα εξετάζουν τις ταλαντώσεις των νετρίνων, που θα διαπερνούν μέσω πολύ καλά κατανοητών συνδυασμών αέρα και βράχου θα μας αποκαλύψουν εάν η σκοτεινή ενέργεια συνδυάζεται πράγματι με τα νετρίνα.

"Είμαστε συγκινημένοι για μια πιθανή σύνδεση", λέει η Nelson. "Αυτή είναι η μόνη θεωρία της σκοτεινής ενέργειας που σχετίζει αυτήν με σωματίδια που ξέρουμε ήδη κάπως και μπορούμε να κάνουμε πειράματα με αυτά".

Πείραμα για τον τρόπο μεταβολής της μάζας των νετρίνων

Οι ίδιοι επιστήμονες μελέτησαν τη δυνατότητα να μετρήσουν την απόλυτη μάζα του νετρίνο και τη μεταβολή της με τη βοήθεια των σύντομων εκρήξεων ακτίνων γάμμα (GRB). Συγκεκριμένα υπολόγισαν τη χρονική διαφορά ταξιδιού μεταξύ ενός νετρίνο μεγάλης μάζας και ενός φωτονίου με δύο διαφορετικές προσεγγίσεις στη μεταβολή της μάζας του νετρίνο. Εξέτασαν δε και τη μεταβολή της μάζας του νετρίνο κατά τη διάρκεια της εξέλιξης του πεδίου της πεμπτουσίας (υλικό υπεύθυνο σύμφωνα με μια θεωρία για τη διαστολή του σύμπαντος που αλλάζει χρονικά). Οι υπολογισμοί τους δείχνουν ότι γενικά η τιμή της χρονικής καθυστέρησης αλλάζει ουσιαστικά σε σχέση με μια σταθερή μάζα του νετρίνο. Επιπλέον τα αριθμητικά αποτελέσματα δείχνουν ότι υπάρχει η πιθανότητα της μεταβολής της μάζας του νετρίνο ανάλογα με τις σύντομες εκρήξεις ακτίνων γάμμα (GRB).

Home