Οι πειραματιστές είναι σίγουροι ότι βρισκόμαστε κοντά στην κατανόηση της σκοτεινής ύλης

Οι επιστήμονες γνωρίζουν εδώ και καιρό ότι η Σκοτεινή Ύλη υπάρχει εκεί έξω, ενορχηστρώνοντας σιωπηλά την κίνηση και τη δομή του Σύμπαντος. Αλλά από τι είναι φτιαγμένη και πως μοιάζει ένα σωμάτιο Σκοτεινής Ύλης, αυτό παραμένει μυστήριο και μετά από κάθε πείραμα φαίνεται πως οι ερευνητές βρίσκονται «με άδεια χέρια» στην αναζήτηση του εντοπισμού αυτών των φευγαλέων σωματίων.

Με λίγη τύχη αυτό μπορεί να αλλάξει. Με δεκαπλάσια ευαισθησία από προηγούμενους ανιχνευτές, τρία πειράματα για τη σκοτεινή ύλη, που χρηματοδοτήθηκαν πρόσφατα, κάνουν τους ερευνητές να εύχονται να καταφέρουν τελικά να «δουν» ένα από αυτά τα πολυπόθητα σωμάτια. Σε πρόσφατες συζητήσεις με επιστήμονες που εργάζονται σε αυτά τα νέα πειράματα εκφράστηκε η ελπίδα ότι θα γίνει δυνατή η «σύλληψη» της σκοτεινής ύλης, αλλά διατυπώθηκε, επίσης, η άποψη ότι τελικά για την επιτυχία ή την αποτυχία τους είναι η φύση που θα αποφασίσει.

«Η φύση είναι ντροπαλή» δηλώνει ο Enectali Figueroa-Feliciano, αναπληρωτής καθηγητής Φυσικής στο Ινστιτούτο για την Αστροφυσική και την Έρευνα του Διαστήματος MIT Kavli, ο οποίος εργάζεται σε ένα από τα τρία νέα πειράματα. «Υπάρχει κάτι που απλά δεν κατανοούμε, σχετικά με την εσωτερική δομή του τρόπου που λειτουργεί ο Κόσμος. Όταν οι θεωρητικοί καταγράφουν όλους τους τρόπους που η σκοτεινή ύλη πρέπει να αλληλεπιδρά με σωμάτιά μας, βρίσκουν, για τα πιο απλά μοντέλα, ότι θα έπρεπε να το έχουμε δει ήδη. Έτσι, ακόμη και αν δεν το έχουμε δει μέχρι τώρα, υπάρχει ένα μήνυμα και αυτό προσπαθούμε τώρα να το αποκωδικοποιήσουμε».

Το πρώτο από τα νέα πειράματα, που ονομάζεται Axion Dark Matter eXperiment (ADMX), ερευνά για ένα θεωρητικό τύπο σωματίου σκοτεινής ύλης που ονομάζεται αξιόνιο. Το ADMX ψάχνει στοιχεία για αυτό το εξαιρετικά «ελαφρύ» σωμάτιο να μετατρέπεται σε ένα φωτόνιο, στο ισχυρό μαγνητικό πεδίο του πειράματος. Με αργή μεταβολή του μαγνητικού πεδίου, ο ανιχνευτής «κυνηγά» για μια μάζα αξιονίου τη φορά.

«Έχουμε δείξει ότι έχουμε τα απαραίτητα εργαλεία για να δούμε τα αξιόνια», δήλωσε ο Gray Rybka, ερευνητής βοηθός καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Ουάσινγκτον, ο οποίος είναι ένας από τους ηγήτορες του πειράματος ADMX Gen 2. «Στο πλαίσιο του Gen2 έχουμε αγοράσει ένα πάρα πολύ ισχυρό ψυγείο που θα φθάσει σύντομα. Μόλις φθάσει θα είμαστε σε θέση να ανιχνεύσουμε πολύ-πολύ γρήγορα αξιόνια και πιστεύουμε πως θα έχουμε περισσότερη τύχη για να το βρούμε».

Τα άλλα δυο νέα πειράματα ερευνούν για ένα διαφορετικού τύπου θεωρητικής σκοτεινής ύλης, που ονομάζεται WIMP. Συντομογραφία της έκφρασης Weakly Interacting Massive Particle (Ασθενούς Αλληλεπίδρασης Μαζικό Σωμάτιο), το WIMP, αλληλεπιδρά με τον κόσμο μας εξαιρετικά ασθενώς και πολύ σπάνια. Το πείραμα Large Underground Xenon, ή LUX, το οποίο ξεκίνησε το 2009, τώρα αναβαθμίζεται για να αυξήσει την ευαισθησία του για «βαρύτερα» WIMPs. Εν τω μεταξύ, η συνεργασία Super Cryogenic Dark Matter Search (SuperCDMS), που έψαχνε για σήμα από ένα «ελαφρύ» WIMP που διασχίζει τον ανιχνευτή της από το 2013, βρίσκεται σε διαδικασία οριστικοποίησης του σχεδιασμού για ένα νέο πείραμα στον Καναδά.

«Κατά κάποιο τρόπο είναι σαν να ψάχνεις για χρυσό», δήλωσε ο Figueroa-Feliciano, ένα μέλος του πειράματος SuperCDMS. Ανεξάρτητα που ψάχνει κάποιος για χρυσό, «δεν γνωρίζουμε ποιος θα τον βρει, επειδή δεν γνωρίζουμε που βρίσκεται».

Ο Rybka, συμφώνησε, αλλά πρόσθεσε την πιο αισιόδοξη προοπτική πως είναι επίσης πιθανό πως και τα τρία πειράματα θα βρουν σκοτεινή ύλη. «Δεν υπάρχει τίποτε που θα απαιτούσε η σκοτεινή ύλη να συγκροτείται μόνο από ένα τύπο σωματίων, εκτός από εμάς που ελπίζουμε πως είναι τόσο απλό», δήλωσε. « Η σκοτεινή ύλη θα μπορούσε να αποτελείται κατά ένα τρίτο από αξιόνια, ένα τρίτο από «βαριά» WIMPs και ένα τρίτο από «ελαφριά» WIMPs. Αυτό, από ότι έχουμε δει, θα μπορούσε να είναι απολύτως επιτρεπτό».

Ωστόσο το «ψήγμα χρυσού» για το οποίο ψάχνουν τα τρία πειράματα είναι κάτι πολύτιμο. Ακόμη και αν η αναζήτηση είναι δύσκολη και οι τρεις επιστήμονες συμφωνούν πως αξίζει τον κόπο επειδή η αντίληψη της σκοτεινής ύλης θα μπορούσε να οδηγήσει σε καλή γνώση για ένα μεγάλο μέρος του σύμπαντος.

Πηγές: phys.org, Axion Dark Matter eXperiment, Super Cryogenic Dark Matter Search