Είναι ορατό το τέλος για τον περίφημο ισχυρισμό της σκοτεινής ύλης;
Το δράμα του πιο αμφιλεγόμενου ισχυρισμού για τη σκοτεινή ύλη στον κόσμο μπορεί να έχει φτάσει στην τελευταία του πράξη, αν όχι στην τελευταία σκηνή. Για 2 δεκαετίες, οι φυσικοί με ένα πείραμα που ονομάζεται DAMA ισχυρίζονται ότι σωματίδια σκοτεινής ύλης - το αόρατο υλικό του οποίου η βαρύτητα φαίνεται να δεσμεύει τον γαλαξία μας - προσκρούουν σε ατομικούς πυρήνες στον υπόγειο ανιχνευτή σωματιδίων τους, ακόμη και όταν άλλα κυνήγια σκοτεινής ύλης εμφανίζονται άδεια. Τώρα, οι φυσικοί με έναν ανιχνευτή που ονομάζεται COSINE-100, σχεδιασμένος να μιμείται το DAMA, παρουσιάζουν την πιο άμεση διάψευση των ευρημάτων. Και το 2020, οι θεωρητικοί εντόπισαν έναν τρόπο με τον οποίο το σήμα DAMA θα μπορούσε να είχε προκύψει ακούσια στην ανάλυση της ομάδας.
Η ομάδα DAMA απορρίπτει και τους δύο ισχυρισμούς. Η Rita Bernabei, φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Ρώμης Tor Vergata και ηγέτης του DAMA, αρνήθηκε να πάρει συνέντευξη. Αλλά απέρριψε τη νέα εξήγηση σε ένα email:«Έχουμε ήδη αποδείξει ότι οι υποθέσεις που αναφέρονται εκεί είναι αβάσιμες και τα συμπεράσματα είναι άχρηστα».
Ο Γαλαξίας πιστεύεται ότι στροβιλίζεται μέσα σε ένα τεράστιο σύννεφο σκοτεινής ύλης, το οποίο θα μπορούσε να αποτελείται από υποθετικά ασθενώς αλληλεπιδρώντα μαζικά σωματίδια (WIMPs). Καθώς το Ηλιακό Σύστημα περιφέρεται γύρω από το γαλαξιακό κέντρο με ταχύτητα 225 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο, η Γη προφανώς πέφτει σε έναν άνεμο WIMP. Επειδή ο πλανήτης μας περιφέρεται επίσης γύρω από τον Ήλιο με ταχύτητα 30 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο, ο άνεμος θα πρέπει να ενισχυθεί ελαφρώς όταν η Γη κινείται προς την ίδια κατεύθυνση με τον Ήλιο, τον Ιούνιο, και να μειώνεται όταν κινείται αντίθετα, τον Δεκέμβριο.
Οι φυσικοί του DAMA ισχυρίζονται εδώ και καιρό ότι βλέπουν αυτόν τον ετήσιο κύκλο στον ανιχνευτή τους, ο οποίος τώρα περιέχει 25 κρυστάλλους των 10 κιλών ιωδιούχου νατρίου με πρόσμειξη θαλλίου. Κάθε κρύσταλλος παράγει μια λάμψη φωτός όταν ένα σωματίδιο χτυπά έναν πυρήνα. Η ομάδα DAMA λέει ότι, σε ένα εύρος χαμηλής ενέργειας που αντιστοιχεί στα WIMP, ο αριθμός των συγκρούσεων αυξάνεται και μειώνεται κάθε χρόνο από τότε που ξεκίνησαν οι παρατηρήσεις το 1995.
Άλλοι ανιχνευτές δεν βλέπουν κάτι τέτοιο. Αλλά αυτά τα πειράματα χρησιμοποιούν διαφορετικά υλικά-στόχους. Έτσι, ομάδες έχουν κατασκευάσει ανιχνευτές ιωδιούχου νατρίου που μπορούν να δοκιμάσουν το αποτέλεσμα DAMA σε σύγκριση μήλων με μήλα. Το ένα είναι το COSINE, το οποίο περιλαμβάνει οκτώ κρυστάλλους συνολικού βάρους 100 κιλών και λαμβάνει δεδομένα από το 2016 στο υπόγειο εργαστήριο Yangyang της Νότιας Κορέας. Από το 2018, το COSINE έχει βελτιώσει την ευαισθησία του 100 φορές, λέει ο Hyun Su Lee, συν-εκπρόσωπος της ομάδας και φυσικός σωματιδίων στο Ινστιτούτο Βασικής Επιστήμης της Νότιας Κορέας. Αλλά σε 1,7 χρόνια δεδομένων, δεν βλέπουν σημάδια WIMP, αναφέρουν σήμερα οι ερευνητές στο Science Advances .
Υπάρχει μια προειδοποίηση. Η νέα ανάλυση COSINE δεν αναζητά τον ετήσιο κύκλο στον ρυθμό γεγονότων, αλλά απλώς για έναν επιπλέον αριθμό γεγονότων χαμηλής ενέργειας. Αυτό το μικροσκοπικό σήμα θα εμφανιζόταν πάνω από ένα πολύ μεγαλύτερο υπόβαθρο γεγονότων που προκαλούνται από συνηθισμένη σωματιδιακή ακτινοβολία από πηγές τόσο εντός όσο και εκτός των κρυστάλλων. Επομένως, η ανάλυση εξαρτάται από την ικανότητα των ερευνητών να μοντελοποιούν τις λεπτές λεπτομέρειες αυτών των υποβάθρων, σημειώνει ο Bernabei.
Ωστόσο, το COSINE δεν είναι το μόνο πείραμα που δοκιμάζει το αποτέλεσμα DAMA. Ο ανιχνευτής ANAIS-112 περιέχει εννέα κρυστάλλους ιωδιούχου νατρίου συνολικής μάζας 112 κιλών και λαμβάνει δεδομένα στο υπόγειο εργαστήριο Canfranc της Ισπανίας από το 2017. Τρία χρόνια δεδομένα δεν δείχνουν ετήσιο κύκλο σε γεγονότα χαμηλής ενέργειας, ανέφεραν οι ερευνητές της ANAIS στις 27 Μαΐου στο Φυσική ανασκόπηση D . Ωστόσο, οι αβεβαιότητες ήταν ελαφρώς πολύ υψηλές για να αποκλειστεί το σήμα DAMA, λέει η Μαρία Λουίζα Σάρσα, φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Σαραγόσα και συνεπικεφαλής του ANAIS.
Εάν το σήμα DAMA δεν είναι πραγματικό, «Το πεδίο της σωματιδιακής φυσικής οφείλει να ανακαλύψει τι βλέπει το DAMA», λέει η Reina Maruyama, φυσικός πυρηνικών σωματιδίων στο Πανεπιστήμιο Yale και συν-εκπρόσωπος του COSINE. Και πέρυσι, ο Dario Buttazzo, θεωρητικός στο τμήμα της Πίζας του Εθνικού Ινστιτούτου Πυρηνικής Φυσικής της Ιταλίας, και οι συνεργάτες του εντόπισαν έναν τρόπο με τον οποίο η ομάδα DAMA ενδέχεται να δημιούργησε ακούσια τον ετήσιο κύκλο.
Οι ερευνητές του DAMA συλλέγουν δεδομένα σε ετήσιες μετρήσεις. Για να κάνουν τη διακύμανση σε κάθε διαδρομή να ξεχωρίζει, αφαιρούν το μέσο ποσοστό κατά τη διάρκεια του έτους από το ποσοστό συμβάντων που μετράται κάθε μέρα. Αλλά αν ο ρυθμός γεγονότων αυξάνεται ή μειώνεται σταθερά χρόνο με τον χρόνο, η αφαίρεση μπορεί να μετατρέψει μια σταθερή τάση σε ταλάντωση, λέει ο Buttazzo. Για παράδειγμα, αν το ποσοστό αυξανόταν κατά 1% κάθε χρόνο, η μέθοδος DAMA θα παρήγαγε ένα σήμα που ξεκινά κάθε εκτέλεση με -0,5% και τελειώνει κάθε εκτέλεση στο +0,5%.
"Εάν κάνετε την ανάλυση όπως την έκανε ο DAMA, και εάν το φόντο έχει ένα συγκεκριμένο χαρακτηριστικό, τότε θα μπορούσατε να έχετε ένα τέτοιο αποτέλεσμα", λέει ο Buttazzo, η ομάδα του οποίου ανέφερε την ανάλυσή της στο Journal of High Energy Physics στις 21 Απριλίου 2020. Ωστόσο, προειδοποιεί ότι επειδή η DAMA δεν έχει δημοσιεύσει τα δεδομένα της, «δεν μπορούμε να γνωρίζουμε εάν αυτό το αποτέλεσμα υπάρχει στην πραγματικότητα ή όχι».
Ωστόσο, τα έγγραφα COSINE και ANAIS υποδηλώνουν ότι το ζήτημα μπορεί να είναι σημαντικό. Ο συνολικός ρυθμός συμβάντων του ανιχνευτή ANAIS μειώνεται σταθερά καθώς οι βραχύβιοι ραδιενεργοί πυρήνες στους κρυστάλλους αποσυντίθενται, λέει η María Lucía Martínez Pérez, φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Σαραγόσα και συνεπικεφαλής της ομάδας. Το COSINE βλέπει μια παρόμοια σταθερή πτώση, λέει ο Lee.
Το κλείσιμο μπορεί να έρθει σύντομα. Σε εβδομάδες, η COSINE θα κυκλοφορήσει μια τριετή ανάλυση ετήσιου κύκλου, λέει ο Lee. Ο Sarsa της ANAIS λέει ότι μέχρι το επόμενο καλοκαίρι, «Αναμένουμε να έχουμε μια δημοσίευση με υψηλό αντίκτυπο με το μέσο ποσοστό που μετράται κατά τη διάρκεια του έτους και με τα δεδομένα των 5 ετών». Αυτά μπορεί να είναι αρκετά δεδομένα, λέει, για να ρίξει την αυλαία του ισχυρισμού της DAMA.
