Σκοτεινή ύλη : Υπόγειος ανιχνευτής στην Ιταλία παρέχει την πρώτη ένδειξη της ύπαρξης του αξιόνιου

Οι φυσικοί του υπόγειου ανιχνευτή XENON1T στην Ιταλία ανακοίνωσαν ότι το πείραμά τους έχει «πιάσει» ένα ανεξήγητο σήμα, που μπορεί να αποτελεί την πρώτη ένδειξη της ύπαρξης του αξιόνιου, του έως τώρα υποθετικού σωματιδίου της σκοτεινής ύλης.

Αν αυτό επαληθευτεί -πράγμα που μένει να φανεί-, τότε θα πρόκειται για μια ιστορική ανακάλυψη στη σύγχρονη Φυσική, η οποία επιτέλους θα φωτίσει τη μυστηριώδη σκοτεινή ύλη, που αποτελεί το 85% της μάζας στο σύμπαν, αλλά η φύση της παραμένει άγνωστη μέχρι σήμερα.

Παρόλο που στην πραγματικότητα δεν έχει γίνει ανακοίνωση κάποιας επιστημονικής ανακάλυψης, επικρατεί μεγάλη έξαψη στην κοινότητα των σωματιδιακών φυσικών διεθνώς.

«Αυτό που λέμε είναι ότι υπάρχει κάτι στον ανιχνευτή μας που κανείς δεν περίμενε και προς το παρόν κανένας δεν ξέρει περί τίνος πραγματικά πρόκειται» δήλωσε ο φυσικός του αμερικανικού πανεπιστημίου Πέρντιου Ράφαελ Λανγκ, μέλος της διεθνούς ερευνητικής ομάδας του XENON1T.

Επιφυλάξεις

Άλλοι επιστήμονες εμφανίζονται επιφυλακτικοί, καθώς η ιστορία της σκοτεινής ύλης είναι γεμάτη ελπίδες που στη συνέχεια διαψεύστηκαν.

Ο ανιχνευτής ΧΕΝΟΝ 1Τ στο Εθνικό Εργαστήριο Γκραν Σάσο της Ιταλίας, που λειτούργησε από το 2016 έως πέρσι, ευρισκόμενος σε μεγάλο βάθος κάτω από την επιφάνεια του εδάφους, είναι γεμάτος με έναν τόνο από πολύ καθαρό υγροποιημένο ξένον.

Η ανίχνευση γίνεται όταν τα άτομα του υγρού αλληλεπιδρούν με άλλα σωματίδια που διαπερνούν το «ρεζερβουάρ» του υπόγειου ανιχνευτή.

Όταν αυτό συμβαίνει, δημιουργούνται μικρές λάμψεις φωτός και ελεύθερα ηλεκτρόνια.

Οι περισσότερες αλληλεπιδράσεις, γνωστές και ως «συμβάντα», γίνονται με γνωστά σωματίδια, όμως τώρα -κάτι που συνέβη πρώτη φορά- οι επιστήμονες είδαν έναν υπερβάλλοντα αριθμό τέτοιων συμβάντων, μεγαλύτερο του αναμενομένου (285 αντί 232, δηλαδή 53 περισσότερα), και μάλιστα ίσως να μην προέρχονταν από γνωστά σωματίδια όπως τα νετρίνα.

Υπάρχουν τρεις πιθανές εξηγήσεις γι’ αυτό, και η μία -που θεωρείται η πιθανότερη- αφορά το έως τώρα υποθετικό σωματίδιο αξιόνιο, που είχε προταθεί θεωρητικά ήδη από τη δεκαετία του 1970.

Ο ανιχνευτής ΧΕΝΟΝ 1Τ στο Εθνικό Εργαστήριο Γκραν Σάσο της Ιταλίας, που λειτούργησε από το 2016 έως πέρσι, ευρισκόμενος σε μεγάλο βάθος κάτω από την επιφάνεια του εδάφους, είναι γεμάτος με έναν τόνο από πολύ καθαρό υγροποιημένο ξένον (πηγή: Roberto Corrieri – Patrick De Perio/home.cern)

Μια δεύτερη εξήγηση σχετίζεται με την πιθανή «μόλυνση» του ανιχνευτή από τρίτιο (ένα ραδιενεργό ισότοπο του υδρογόνου, που παράγεται στο εσωτερικό του ανιχνευτή), ενώ μια τρίτη εξήγηση είναι ότι το ανεξήγητο σήμα προήλθε από νετρίνα που αλληλεπιδρούν με τα μαγνητικά πεδία με τρόπο πιο ισχυρό του αναμενομένου.

Οι ερευνητές, οι οποίοι έκαναν τη σχετική προδημοσίευση στο Arxiv, σύμφωνα με το Science και το BBC, ήδη εργάζονται για την αναβάθμιση του ανιχνευτή τους σε XENOnNT, ώστε να περιέχει περισσότερους τόνους υγρού.

Αν το αρχικό αυτό σήμα προέρχεται όντως από το αξιόνιο της σκοτεινής ύλης, τότε λογικά αυτό θα πρέπει να επιβεβαιωθεί από έναν ισχυρότερο ανιχνευτή.

Πειράματα

Παράλληλα, βρίσκονται σε εξέλιξη ανάλογα πειράματα στις ΗΠΑ και την Κίνα.

Η σκοτεινή ύλη έχει αυτό το όνομα όχι μόνο επειδή παραμένει ένα μυστήριο, αλλά επειδή δεν αντανακλά ούτε εκπέμπει φως.

Μέχρι σήμερα υπάρχουν μόνο έμμεσες ενδείξεις για την ύπαρξή της (κυρίως, η βαρυτική επίδρασή της στους γαλαξίες), αλλά δεν έχει βρεθεί κάποιο σωματίδιο που να σχετίζεται με αυτήν.

Υπάρχουν διάφορες σχετικές επιστημονικές θεωρίες, και η επικρατούσα αφορά το «ασθενώς αλληλεπιδρών σωματίδιο με μάζα» (WIMP).

Όμως, η αναζήτηση του τελευταίου πάνω από μία δεκαετία από τον ανιχνευτή Xenon απέβη άκαρπη.

Ο αναβαθμισμένος ανιχνευτής XENON1T, που ήταν πιο ευαίσθητος στις σωματιδιακές αλληλεπιδράσεις, αναζήτησε και άλλα υποψήφια σωματίδια της σκοτεινής ύλης με μικρότερη μάζα, όπως τα αξιόνια, τα οποία μπορεί να προέρχονται είτε από την αρχική «Μεγάλη Έκρηξη» (Μπιγκ Μπανγκ) στο σύμπαν είτε από πρόσφατες πυρηνικές αντιδράσεις μέσα στον Ήλιο, γι’ αυτό λέγονται και «ηλιακά αξιόνια».

(Πηγή πληροφοριών: ΑΠΕ – ΜΠΕ)