Ένα πρώτο βήμα προς την κατεύθυνση του ελέγχου των θεωριών για τη σκοτεινή ενέργεια

Επιστήμονες από το FOM και το Πανεπιστήμιο VU του Άμστερνταμ, σχεδίασαν ένα πείραμα για να δοκιμάσουν μια δημοφιλή υποψήφια θεωρία που θα μπορούσε να εξηγήσει τους μηχανισμούς που βρίσκονται πίσω από τη σκοτεινή ενέργεια. Στο μακρύ δρόμο που έχουν ακολουθήσει τα τελευταία τέσσερα χρόνια, τώρα έχουν φτάσει σε ένα σημαντικό ορόσημο: ένα λειτουργικός ανιχνευτής της δύναμης της σκοτεινής ενέργειας. Τα πρώτα τεστ με τη νέα αυτή συσκευή, δίνουν τη σιγουριά ότι μπορεί πράγματι να φτάσει στη ρύθμιση η ευαισθησία που απαιτείται για να ελεγχθεί η θεωρία.

Οι φυσικοί γνωρίζουν ότι η διαστολή του σύμπαντος επιταχύνεται, αλλά κανείς δεν ξέρει ποια είναι η κινητήρια δύναμη πίσω από αυτήν την επιτάχυνση. Αν και οι μηχανισμοί της δύναμης παραμένουν άγνωστοι, οι φυσικοί τους έδωσαν ένα όνομα: Σκοτεινή Ενέργεια. Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι η συνεισφορά της πρέπει να είναι περίπου το 70% της συνολικής μάζας του σύμπαντος, που ούτε μπορούμε να δούμε, ούτε να μετρήσουμε με οποιοδήποτε άμεσο τρόπο.

Ένα από τα ενδιαφέροντα στοιχεία της σκοτεινής ενέργειας είναι ότι φαίνεται να δρα με τεράστια δύναμη πάνω από τεράστια κενά διαστήματα στο σύμπαν μας, διευρύνοντας το διάστημα, ενώ δεν έχουν καμία μετρήσιμη επίδραση στην κλίμακα των πλανητών ή ακόμα και στο ηλιακό σύστημα. Αυτή η προσαρμοστική φύση της σκοτεινής ενέργειας έχει αποτελέσει το κίνητρο για την θεωρητικούς Justin Khoury και Amanda Weltman να διατυπώσουν, το 2004, το λεγόμενο μοντέλο «χαμαιλέων».

Ισχυρίστηκαν ότι ο κύριος παράγοντας της σκοτεινής ενέργειας είναι ένα σωμάτιο που αλληλεπιδρά έντονα σε υψηλό κενό, ενώ εμποδίζεται σε «πυκνότερα» περιβάλλοντα, όπως στη Γη ή ακόμα και στο Γαλαξία μας. Διάφορα πειράματα έχουν προσπαθήσει να ελέγξουν το μοντέλο «χαμαιλέωv» με διάφορους τρόπους, αλλά κανένα από αυτά δεν έχει φτάσει ακόμη στην απαιτούμενη ευαισθησία που θα μπορούσε να διαψεύσει τη θεωρία.

Ο αισθητήρας δύναμης βρίσκεται στο μέσο του θαλάμου υπερ-υψηλού κενού

Το 2010, οι ερευνητές εργάστηκαν στο πλαίσιο μιας διεθνούς ομάδας για να καταλήξουν σε μια μέθοδο για την ανίχνευση αλληλεπιδράσεων χαμαιλέων. Η συσκευή τους αποτελείται από δύο παράλληλες πλάκες. Αν η πυκνότητα του μέσου μεταξύ αυτών των πλακών αλλάζει, πρέπει να υπάρχει μια αλλαγή στην ισχύ των αλληλεπιδράσεων χαμαιλέων και έτσι να μετρηθεί μία μείωση ή μία αύξηση στην μετρούμενη δύναμη μεταξύ των πλακών.

Ξεπερνώντας πολλές τεχνικές προκλήσεις, οι ερευνητές σχεδίασαν και κατασκεύασαν τη συσκευή και την ονόμασαν «Casimir and non-Newtonian force experiment» (Cannex) (*). Μια πρόσφατη πρώτη δοκιμή του αισθητήρα δύναμης αποκάλυψε ότι ο ανιχνευτής μπορεί να φτάσει πράγματι την απαιτούμενη ευαισθησία για να μετρήσουν τις αλληλεπιδράσεις χαμαιλέων. Με άλλα λόγια, η Cannex σύντομα θα είναι σε θέση να αποκλείσει εντελώς ή να αποδείξει την ύπαρξη αλληλεπιδράσεων χαμαιλέων και έτσι να βοηθήσει στην επίλυση της ζητήματος της σκοτεινής ενέργειας.

Επιπλέον, η Cannex δεν είναι μόνο μια μηχανή για τη θεμελιώδη φυσική. Είναι επίσης ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα του πώς οι τεχνικές εξελίξεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν για αξιοποίηση. Εκμεταλλευόμενοι την ευαισθησία του αισθητήρα δύναμης στις δονήσεις, οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα ιδιαίτερα ευαίσθητο σεισμόμετρο . Αυτό έγινε με τη βοήθεια του FOM. Η προσπάθεια αυτή οδήγησε σε αίτηση διπλώματος ευρεσιτεχνίας και βρίσκεται σήμερα στο τελικό στάδιο διαμόρφωσης πρωτοτύπου.

Πηγή: Foundation for Fundamental Research on Matter

Περισσότερα στο άρθρο: Force sensor for chameleon and Casimir force experiments with parallel-plate configuration, Phys. Rev. D 91, 102002 – Published 7 May 2015

(*) Σημείωση egno: Διαβάστε για το φαινόμενο Casimir και η δύναμη Casimir–Polder.