Εντοπισμός ανεξήγητου σήματος σε έρευνες για σκοτεινή ύλη

Ένα ανεξήγητο σήμα εντόπισε ένα πείραμα που αναζητά ίχνη της αινιγματικής σκοτεινής ύλης.

Επιστήμονες που εργάζονται στο πείραμα Xenon1T εντόπισαν μεγαλύτερη δραστηριότητα εντός του ανιχνευτή τους από ό,τι αναμενόταν- ένα «πλεόνασμα γεγονότων» που θα μπορούσει να υποδεικνύει την ύπαρξη ενός μέχρι σωματιδίου σκοτεινής ύλης που δεν είχε εντοπιστεί ως τώρα, του αξιονίου (axion).

Η σκοτεινή ύλη θεωρείται πως αποτελεί το 85% της ύλης στο σύμπαν, μα η φύση της είναι άγνωστη. To όνομά της προκύπτει από το ότι δεν αντανακλά ούτε εκπέμπει εντοπίσιμο φως.

Yπάρχουν τρεις πιθανές εξηγήσεις για το νέο σήμα από το πείραμα Xenon1T: Οι δύο απαιτούν νέους κανόνες της Φυσικής, και η τρίτη συνάδει με την ύπαρξη ενός υποθετικού σωματιδίου σκοτεινής ύλης, του ηλιακού αξιονίου (solar axion). Τα ευρήματα της σχετικής έρευνας δημοσιεύτηκαν στον pre-print server του Arxiv.

Μέχρι τώρα οι επιστήμονες είχαν εντοπίσει μόνο έμμεσα στοιχεία/ ίχνη της σκοτεινής ύλης. Δεν έχει λάβει χώρα μέχρι τώρα απευθείας, ξεκάθαρος εντοπισμός σωματιδίων σκοτεινής ύλης.

IPMU.JP

Όπως αναφέρει το BBC, υπάρχουν διάφορες θεωρίες για το πώς μπορεί να μοιάζει ένα τέτοιο σωματίδιο. Η πιο δημοφιλής είναι το WIMP (Weakly Interacting Massive Particle). Φυσικοί που εργάζονται στη σειρά πειραμάτων Xenon έχουν περάσει πάνω από μια δεκαετία αναζητώντας ίχνη των WIMPs, ωστόσο οι έρευνες αυτές ήταν άκαρπες. Ωστόσο το Xenon1T αναζητά και άλλα υποψήφια σωματίδια.

Το πείραμα έλαβε χώρα βαθιά στη γη σε εγκαταστάσεις στο Γκραν Σάσο της Ιταλίας (INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso) από το 2016 ως το 2018. Ο ανιχνευτής ήταν γεμάτος με 3,2 τόνους εξαιρετικά καθαρού υγροποιημένου ξένου, δύο εκ των οποίων ήταν «στόχος» για αλληλεπιδράσεις μεταξύ ατόμων ξένου και άλλων διερχομένων σωματιδίων.

Όταν ένα σωματίδιο περνά τον στόχο, μπορεί να παράξει μικρές λάμψες φωτός και να απελευθερώσει σωματίδια από ένα άτομο ξένου. Οι περισσότερες από αυτές τις αλληλεπιδράσεις (events- συμβάντα)- είναι με γνωστά σωματίδια, και συνιστούν το αποκαλούμενο «σήμα φόντου». Ένα σήμα από μη εντοπισμένο σωματίδιο πρέπει να είναι αρκετά ισχυρό για να ξεπεράσει τον «θόρυβο» στο φόντο.

Οι επιστήμονες μέτρησαν προσεκτικά τον αριθμό των συμβάντων φόντου στο Xenon1T ανέμεναν να δουν περίπου 232, μα βρήκαν 285- ένα πλεόνασμα 53 συμβάντων. Μια εξήγηση θα ήταν μία νέα πηγή «μόλυνσης» στο φόντο, προκαλούμενη από την παρουσία μικροσκοπικών ποσοτήτων τριτίου στον ανιχνευτή Xenon1T. Επίσης θα μπορούσε να οφείλεται σε νετρίνα, τρισεκατομμύρια εκ των οποίων διαπερνούν τα σώματά μας ανεμπόδιστα κάθε δευτερόλεπτο. Μια εξήγηση θα μπορούσε να είναι πως η μαγνητική ροπή (ιδιότητα όλων των σωματιδίων) των νετρίνων είναι μεγαλύτερη από την τιμή της στο Καθιερωμένο Πρότυπο, όπου κατηγοριοποιούνται τα δομικά σωματίδια στη Φυσική.

Αυτό θα μπορούσε να υποδεικνύει πως ενδεχομένως να χρειάζονται νέοι κανόνες στη Φυσική για να εξηγηθεί το φαινόμενο. Ωστόσο το πλεόνασμα φαίνεται να συνάδει περισσότερο με ένα σήμα από ηλιακά αξιόνια, ένα πολύ ελαφρύ υποθετικό σωματίδιο, που είναι επίσης «υποψήφιος» για τη σκοτεινή ύλη.

Οι επιστήμονες που δουλεύουν στο πείραμα προβαίνουν ήδη σε μια αναβάθμιση, στο αποκαλούμενο XENONnT. Με καλύτερα δεδομένα θα είναι σε θέση να διαπιστώσουν σύντομα εάν πρόκειται για στατιστικό λάθος, για κάποιου είδους «μόλυνση» ή για κάτι πραγματικά πιο ενδιαφέρον από επιστημονικής άποψης.

Στο πείραμα συμμετέχουν ερευνητές από το Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) και το Institute for Cosmic Ray Research (ICRR) του University of Tokyo, το Institute for Space-Earth Environmental Research (ISEE) και το Kobayashi-Maskawa Institute for the Origin of Particles and the Universe του Nagoya University και το Graduate School of Science του Kobe University.

 

 

 



Πηγή