Νέο πείραμα Torpedoes Lightweight Dark Matter Particles
Δεν είναι το αποτέλεσμα που ήλπιζαν οι φυσικοί, αλλά τα δεδομένα από ένα νέο πείραμα μπορεί να βάλουν τέλος σε μια αμφιλεγόμενη υποπλοκή στην αναζήτηση της σκοτεινής ύλης, του μυστηριώδους υλικού του οποίου η βαρύτητα δεσμεύει τους γαλαξίες. Σήμερα, ερευνητές που εργάζονται με τον ανιχνευτή Large Underground Xenon (LUX) στην Υπόγεια Ερευνητική Εγκατάσταση του Sanford στο Lead της Νότιας Ντακότα, ανακοίνωσαν ότι δεν βλέπουν σημάδια των ελαφρών σωματιδίων σκοτεινής ύλης που υπονοούνται από άλλα πειράματα. «Είναι μια σημαντική απώλεια», λέει ο Richard Gaitskell, μέλος της ομάδας LUX από το Brown University. "Θα έπρεπε να έχουμε δει χιλιάδες γεγονότα και απλά δεν βλέπουμε κανένα."
Το LUX παρακολουθεί ασθενώς αλληλεπιδρώντα μαζικά σωματίδια (WIMPs), η καλύτερη εικασία των φυσικών για το τι συνθέτει τη σκοτεινή ύλη. Εκτός από την παραγωγή βαρύτητας, τα WIMP θα αλληλεπιδράσουν με την άλλη ύλη και τον εαυτό τους μόνο μέσω της ασθενούς πυρηνικής δύναμης. Και αν το νεογέννητο σύμπαν σμίζεψε με σωματίδια που μπορούν να αλληλεπιδράσουν μόνο μέσω αυτής της δύναμης, τότε αρκετά από αυτά θα παρέμεναν για να τροφοδοτήσουν τη σκοτεινή ύλη, εφόσον ζύγιζαν από μία έως 1000 φορές περισσότερο από ένα πρωτόνιο. Τα WIMP συνήθως προκύπτουν επίσης από μια έννοια που ονομάζεται υπερσυμμετρία, η οποία θέτει έναν πιο μαζικό συνεργάτη για κάθε σωματίδιο στο κυρίαρχο μοντέλο των φυσικών και προτείνει ότι τα WIMP θα πρέπει να είναι μερικές εκατοντάδες φορές βαρύτερα από ένα πρωτόνιο.
Τα τελευταία χρόνια, ωστόσο, μερικές ομάδες έχουν αναφέρει σημάδια απροσδόκητα ελαφρών WIMP που ζυγίζουν λιγότερο από 10 φορές περισσότερο από ένα πρωτόνιο. Το 2010, φυσικοί που εργάζονταν με το πείραμα Coherent Germanium Neutrino Technology (CoGeNT) ανέφεραν πιθανά σημάδια ελαφρών WIMP που χτυπούσαν τον ανιχνευτή 440 γραμμαρίων τους στο ορυχείο Soudan στη βόρεια Μινεσότα. Ωστόσο, οι φυσικοί με το συνεχιζόμενο πείραμα XENON στο υπόγειο Εθνικό Εργαστήριο Gran Sasso της Ιταλίας υποστήριξαν ότι τα δεδομένα τους απέκλεισαν τα ελαφρά WIMP. Στη συνέχεια ακολούθησε μια διαμάχη για το εάν οι ερευνητές XENON βαθμολόγησαν σωστά τον ανιχνευτή τους, ο οποίος ήταν γεμάτος με 100 κιλά παγωμένου υγρού xenon.
Σύμφωνα με τους περισσότερους λογαριασμούς, ο πιο αξιόπιστος υπαινιγμός ελαφρών WIMP ήρθε τον Απρίλιο. Οι φυσικοί που εργάζονται με το Cryogenic Dark Matter Search (CDMS) στο Σουντάν ανέφεραν τρία καθαρά συμβάντα που συνάδουν με τα ελαφρά WIMP που συντρίβονται στους υπερψυχρούς δίσκους πυριτίου στον ανιχνευτή τους.
Τώρα, ωστόσο, οι ερευνητές του LUX λένε ότι τα αποτελέσματά τους διαψεύδουν το σήμα CDMS και τους άλλους υπαινιγμούς των ελαφρών WIMP. Παραμονεύει 1480 μέτρα κάτω από το έδαφος, το LUX κόστισε 10 εκατομμύρια δολάρια και άρχισε να λαμβάνει δεδομένα τον Απρίλιο. Περιέχει 370 κιλά υγρού xenon, καθιστώντας το πιο ευαίσθητο είτε από το XENON είτε από το CDMS. Αν το CDMS είχε εντοπίσει WIMP και όχι ξένη ακτινοβολία υποβάθρου, οι ερευνητές του LUX θα έπρεπε να είχαν δει περίπου 1600 συμβάντα κατά τη διάρκεια των 85 ημερών που έλαβαν δεδομένα, λέει ο Gaitskell. Δεν είδαν κανένα.
Θα διευθετήσουν λοιπόν τα αποτελέσματα του LUX τη συζήτηση για τα ελαφριά WIMP; Το κλειδί είναι πόσο καλά οι ερευνητές LUX έχουν βαθμονομήσει τον ανιχνευτή τους και αν μπορούν να δείξουν ότι είναι πραγματικά ευαίσθητος σε WIMP χαμηλής μάζας, λέει ο Juan Collar, φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο στο Ιλινόις και επικεφαλής της ομάδας CoGeNT. «Όλα θα εξαρτηθούν από το [ενεργειακό] όριο που θα επιτύχουν και πόσο προσεκτικοί ήταν» στην ανάλυσή τους, λέει ο Collar.
Φυσικά, ο πραγματικός στόχος είναι η ανίχνευση των WIMP, ελαφρών ή βαριών. Οι ερευνητές του LUX θα λάβουν δεδομένα για άλλα 2 χρόνια. Στη συνέχεια σχεδιάζουν να κατασκευάσουν έναν ανιχνευτή 7 τόνων που ονομάζεται LZ. Εν τω μεταξύ, οι ερευνητές XENON σχεδιάζουν να ξεκινήσουν μια έκδοση 1 τόνου του πειράματός τους το επόμενο έτος, και οι ερευνητές CDMS αναβαθμίζουν επίσης τον ανιχνευτή τους.
