|
|
|
Η σκοτεινή ύλη μπορεί να έχει ήδη βρεθεί στη ΓηΠηγή: NewScientist, 17 Απριλίου 2008 |
|
Σωματίδια της αόρατης σκοτεινής ύλης έχουν ανιχνευθεί βαθιά μέσα σε ένα βουνό στην Ιταλία, σε μια συνεργασία Ιταλών και Κινέζων φυσικών. Βέβαια άλλοι φυσικοί παραμένουν δύσπιστοι για το αποτέλεσμα, επειδή άλλα πειράματα έχουν αποτύχει να ανιχνεύσουν οποιαδήποτε σωματίδια σκοτεινής ύλης. Την Τετάρτη 16 Απριλίου η συνεργασία Σκοτεινής Ύλης (DAMA) στη Βενετία, ανήγγειλε τα αποτελέσματα της δεύτερης φάσης του πειράματός της διάρκειας τεσσάρων χρόνων. Οι επιστήμονες της DAMA είχαν υποστηρίξει ότι είδαν τη σκοτεινή ύλη σε κάποια πειράματα του 2003, αλλά μερικοί επιστήμονες θεώρησαν ότι το αποτέλεσμα εκείνα ήταν μια ιδιορρυθμία της στατιστικής. Τώρα όμως τα στοιχεία είναι ισχυρότερα. "Είμαστε αρκετά βέβαιοι τώρα ότι αυτό το σήμα δεν οφείλεται στην στατιστική. Αυτό που σημαίνει είναι ότι πρόκειται για μια άλλη ύλη, "λέει ο Francis Halzen, ένας αστροσωματιδιακός φυσικός στο πανεπιστήμιο του Wisconsin--Madison. Μη ταυτοποιημένη ουσία Αστρονόμοι θεωρούν ο Γαλαξίας μας είναι πλημμυρισμένος με σωματίδια σκοτεινής ύλης, την αόρατη και μη γνωστή μέχρι τώρα ουσία που αποτελεί σχεδόν το 90% της ύλης στον Κόσμο. Μέχρι τώρα, η ύπαρξη της σκοτεινής ύλης στο διάστημα έχει καθοριστεί μόνο από τη βαρυτική της έλξη πάνω στα κανονικά αστέρια και γαλαξίες. Το πείραμα DAMA έχει κάνει παρατηρήσεις πιο άμεσα για τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης που χτυπούν τη Γη. Το πείραμα πραγματοποιείται σε ένα υπόγειο εργαστήριο που βρίσκεται 1,4 χιλιόμετρα κάτω από τη γη, μέσα στο βουνό Gran Sasso στην Ιταλία. Η ομάδα ψάχνει για φευγαλέες λάμψεις του φωτός μέσα σε έναν ανιχνευτή ιωδιούχου νατρίου. Οι λάμψεις προέρχονται κυρίως από τον υπόβαθρο "θόρυβο", όπως τα συνηθισμένα νετρόνια από τη ραδιενέργεια στον περιβάλλοντα βράχο. Αλλά μερικές λάμψεις μπορούν να προέλθουν και από τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης, και, σε αυτή την περίπτωση, οι επιστήμονες αναμένουν να δουν εποχιακές μεταβολές στο σήμα, επειδή η γήινη ταχύτητα μέσω του Γαλαξία μας αλλάζει ανάλογα με την κατεύθυνση της κίνησής της. Αυτή η θεωρία προβλέπει ότι η Γη πρέπει να χτυπηθεί από περισσότερα σωματίδια σκοτεινής ύλης τον Ιούνιο, όταν κινείται στο Γαλαξία στην ίδια κατεύθυνση με τον ήλιο. Θα υπήρχαν, επίσης, λιγότερα σωματίδια το Δεκέμβριο, όταν κινείται προς την αντίθετη κατεύθυνση. Έντονος σκεπτικισμός Κι αυτή ακριβώς την άποψη εξέθεσε η ομάδα DAMA το 2003, μετά από την πρώτη φάση του πειράματός τους, που έτρεχε για 7 χρόνια με έναν ανιχνευτή 100 κιλών. Αλλά τα αποτελέσματα συνάντησαν έντονο σκεπτικισμό, δεδομένου ότι κανένα από τα άλλα πειράματα που ψάχνουν για τη σκοτεινή ύλη δεν είχε δει τίποτα. Έτσι η ομάδα DAMA ανανέωσε την αναζήτησή τους με έναν μεγαλύτερο ανιχνευτή των 250 κιλών. Και ισχυρίζονται ότι και τα στοιχεία του νέου πειράματος έχουν παρουσιάσει την ετήσια παραλλαγή στον αριθμό των σωματιδίων που χτυπούν τον ανιχνευτή τους. Υπάρχει δε μια μικρή αύξηση πάνω από το μέσο όρο στο ρυθμό του Ιουνίου και μια αντίστοιχη μείωση το Δεκέμβριο. Η ομάδα υποστηρίζει ότι το νέο αποτέλεσμα είναι ιδιαίτερα σημαντικό. Η πιθανότητα να βλέπουν απλά μια τυχαία διακύμανση είναι μικρότερη από 1 σε αρκετά δισεκατομμύρια, λένε. Επίσης, υποστηρίζουν ότι έχουν αποκλείσει τη πιθανότητα ότι το σήμα οφείλεται σε κάποια συστηματική επίδραση, όπως είναι οι εποχιακές παραλλαγές στη θερμοκρασία της υπόγειας σπηλιά τους. Αλλά ο Halzen είναι προσεκτικός. "Η συζήτηση για το εάν είναι κάποια άγνωστη συστηματική επίδραση παραμένει," λέει. Ο Richard Gaitskell από το πανεπιστήμιο Brown στην Providence του Rhode Island, και μέλος δύο άλλων πειραμάτων σκοτεινής ύλης - την Κρυογενική Αναζήτηση Σκοτεινής Ύλης (CDMS) και το πρόγραμμα Xenon - επίσης παραμένει δύσπιστος, επειδή κανένα άλλο πείραμα δεν έχει δει σημάδια της σκοτεινής ύλης. "Είναι πολύ δύσκολο να συμφιλιωθεί θεωρητικά αυτό που βλέπουν και αυτό που εμείς βλέπουμε," λέει ο Gaitskell. Αλλά οι Halzen και Gaitskell συμφωνούν ότι τα νέα αποτελέσματα του πειράματος DAMA, μπορεί να προτρέψουν τους άλλους να προσπαθήσουν και να αναπαραγάγουν τα αποτελέσματα. "Το ζήτημα της σκοτεινής ύλης είναι αρκετά σημαντικό και γι αυτό πρέπει να του δώσουμε μεγάλη προσοχή. Πρέπει να μην το αγνοήσουμε," συμπληρώνει. Μορφές της σκοτεινής ύλης Η σκοτεινή ύλη μπορεί να είναι οργανωμένη στη μορφή καφέ νάνων (brown dwarfs), κόκκινων νάνων, πολύ μεγάλων μαύρων οπών, μεσογαλαξιακών νεφών και σκόνης ή ακόμη και σκοτεινών γαλαξιών. Μια άλλη πρόταση για την σκοτεινή ύλη αφορά τα νετρίνα, που ναι μεν έχει ελάχιστη μάζα - περίπου 1 eV/c2 -, αλλά το πλήθος τους είναι τεράστιο, και η έστω ελάχιστη μάζα του νετρίνο, φτάνει για να καλύψει κάπως την ποσότητα της σκοτεινής ύλης. Τα νετρίνα αναφέρονται στη θεωρία ως Θερμή Σκοτεινή Ύλη. Πάντως σήμερα η έρευνα για να εντοπιστεί η φύση της σκοτεινής ύλης έχει μεταφερθεί και στο εργαστήριο, όπου δοκιμάζονται οι συνέπειες θεωριών που προβλέπουν ασυνήθιστα και εξωτικά σωματίδια, τα οποία, αν υπάρχουν, θα βοηθούσαν στη διαλεύκανση του μυστηρίου. Για παράδειγμα θεωρίες δέχονται την ύπαρξη παράξενων σωματιδίων, όπως είναι το φωτίνο των υπερσυμμετρικών θεωριών βαρύτητας, το άξιον των ενοποιημένων θεωριών της ηλεκτρικής, της ασθενούς και της ισχυρής αλληλεπίδρασης, και τέλος τα υπερβαρέα σωματίδια της θεωρίας των υπερχορδών. Οι επιστήμονες ελπίζουν ακόμα να ανακαλύψουν τη σκοτεινή ύλη σε μια ομάδα σωματιδίων μη φορτισμένων και μη βαρυονικών, που συνολικά ονομάζονται Ασθενώς Αλληλεπιδρώντα Σωματίδια με Μάζα ή WIMP'S (Weakly interacting massive particles). Τέτοια σωματίδια προβλέπονται κυρίως από θεωρίες που ξεπερνούν τα πλαίσια του καθιερωμένου μοντέλου της Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων και τα οποία στηρίζονται συνήθως στην έννοια της υπερσυμμετρίας, ανάμεσα στους δύο βασικούς τύπους σωματιδίων (με βάση το σπιν), τα μποζόνια και τα φερμιόνια. Τέλος, το πιο κοινό μοντέλο για την σκοτεινή ύλη προβλέπει σωματίδια που κινούνται αργά και είναι χαμηλής θερμοκρασίας. Γι' αυτό το μοντέλο λέγεται Ψυχρή Σκοτεινή Ύλη (CDM), η οποία αλληλεπιδρά με την κανονική ύλη μόνο μέσω της βαρύτητας. Τα πρόσφατα όμως οπτικά δεδομένα των παρατηρήσεων των γαλαξιών και των σμηνών των γαλαξιών δείχνουν ότι τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης μπορούν να αλληλεπιδρούν πιο έντονα από την απλή θεωρία CDM. Ένα σωματίδιο που θα μπορούσε εδώ να παίξει πολύ σημαντικό ρόλο, είναι το νετραλίνο, το υπερσυμμετρικό σωματίδιο του νετρίνου, το οποίο (αν υπάρχει) θα πρέπει να έχει μάζα ανάμεσα σε 20GeV και 1.000GeV (20 έως 1.000 φορές τη μάζα του πρωτονίου!). Σε διάφορα πειράματα που λαμβάνουν χώρα σε διάφορα σημεία του κόσμου γίνεται προσπάθεια σε μεγάλες υπόγειες δεξαμενές να εντοπιστούν τέτοια εξωτικά σωματίδια, τα οποία μπορεί να υπάρχουν ως υπολείμματα του Big Bang. Τέτοια πειράματα είναι το Cryogenic Dark Matter Search (CDMS), το ιταλικό DAMA, το βρετανικό Dark Matter Collaboration (UDMMC). |