Σκοτεινή ύλη ή νετρόνια;

Posted on 23/08/2014

0


davis1Η σκοτεινή ύλη προέκυψε στη φυσική έμμεσα, στη βάση της δυναμικής των γαλαξιών.
Πρώτος ο ελβετός αστρονόμος Fritz Zwicky, στη δεκαετία του 1930, παρατήρησε ότι οι γαλαξίες του γαλαξιακού σμήνους της Κόμης δεν κινούνταν σύμφωνα με τη νευτώνεια βαρύτητα.
Ο Zwicky ανακάλυψε ότι οι γαλαξίες του γαλαξιακού σμήνους της Κόμης κινούνταν τόσο γρήγορα, που σύμφωνα με τους νόμους της κίνησης, θα έπρεπε να απομακρυνθούν μεταξύ τους και το σμήνος να διαλυθεί.
Η μόνη εξήγηση που σκέφτηκε για το γεγονός ότι το σμήνος διατηρείται ενωμένο και δε διαλύεται, ήταν ότι περιέχει εκατοντάδες φορές περισσότερη ύλη απ’ όση βλέπουμε με τα τηλεσκόπιά μας.
Έτσι, είτε οι νόμοι του Νεύτωνα ήταν λάθος για τις γαλαξιακές αποστάσεις ή το σμήνος της Κόμης περιείχε μεγάλες ποσότητες αόρατης ύλης που το συγκρατούσε ενωμένο. Αυτή ήταν η πρώτη υποψία για την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης.

Έκτοτε, προστέθηκαν και άλλα επιχειρήματα που καθιστούν την σκοτεινή ύλη αναπόφευκτο συστατικό του σύμπαντος – περίπου το 27%.

Universe_Content_240_after_PlanckΌμως μέχρι σήμερα κανείς δεν κατάφερε να την ανιχνεύσει με έναν απευθείας τρόπο.

Το πείραμα DAMA/LIBRA στην Ιταλία ανήκει σε μία από τις πολλές έρευνες που ψάχνουν για αλληλεπιδράσεις των μυστηριωδών σωματιδίων της σκοτεινής ύλης με την κανονική ύλη.

Η πειραματική ομάδα είχε αναφέρει πρόσφατα ότι πιθανόν στα δεδομένα της να υπάρχει κάποιο σήμα που να σχετίζεται με την σκοτεινή ύλη. Ωστόσο, οι νέοι υπολογισμοί που δημοσιεύθηκαν στο Physical Review Letters από τον Jonathan Davis
[Fitting the Annual Modulation in DAMA with Neutrons from Muons and Neutrinos],
δείχνουν ότι ένα τέτοιο σήμα μπορεί να οφείλεται σε νετρόνια που δημιουργούνται από τα ηλιακά νετρίνα και μιόνια της ατμόσφαιρας [που προκύπτουν από την αλληλεπίδραση των κοσμικών ακτίνων (πρωτόνια) με τα μόρια του αέρα].
Το πείραμα DAMA/LIBRA επικεντρώνεται σε μετρήσεις των διακυμάνσεων ροής σκοτεινής ύλης που πιθανόν να οφείλονται στον συνδυασμό της κίνησης της γης γύρω από τον ήλιο και του ηλιακού συστήματος μέσα στο γαλαξία μας. Οι ερευνητές παρατήρησαν μια περιοδική διακύμανση στα δεδομένα τους και αν τα σήματα αυτά οφείλονταν στα σωματίδια σκοτεινής ύλης, τότε θα θα έπρεπε να έχουν γαλαξιακή προέλευση.

Όμως για την ανίχνευση σωματιδίων σκοτεινής ύλης από το πείραμα DAMA / LIBRA απαιτείται συγκεκριμένη ενεργός διατομή στις αλληλεπιδράσεις των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης, όπως επίσης και συγκεκριμένα όρια στη μάζα των σωματιδίων της. Και τα όρια αυτά αποκλείονται από άλλα πειράματα αναζήτησης σκοτεινής ύλης.

Το γεγονός αυτό ώθησε τον Jonathan Davis από το πανεπιστήμιο του Durham να προτείνει μια εναλλακτική ερμηνεία των δεδομένων του πειράματος DAMA/LIBRA.

Σύγκριση των δεδομένων του πειράματος DAMA/LIBRA  με τα διάφορα θεωρτητικά μοντέλα

Σύγκριση των δεδομένων του πειράματος DAMA/LIBRA με τα διάφορα θεωρητικά μοντέλα (arxiv)

Για το σήμα του DAMA/LIBRA, σύμφωνα με την ανάλυση του Davis, ευθύνονται τα ηλιακά νετρίνα και τα ατμοσφαιρικά μιόνια. Τα νετρίνα και τα μιόνια, προσπίπτοντας στην θωράκιση μολύβδου της πειραματικής διάταξης, αλλά και στον βράχο που την περιβάλλει, δημιουργούν νετρόνια τα οποία στη συνέχεια αλληλεπιδρούν με τους βαρείς πυρήνες του ανιχνευτή, δημιουργώντας γεγονότα ανάκρουσης που μοιάζουν με τις υποτιθέμενες αλληλεπιδράσεις σκοτεινής ύλης. Η ροή των ατμοσφαιρικών μιονίων μεταβάλλεται με μια περίοδο, προσεγγιστικά ίση με την περίοδο ενός κύκλου της ηλιακής δραστηριότητας (περίπου 11 χρόνια).

Πάντως απαιτείται επιπλέον συλλογή δεδομένων από το πείραμα DAMA/LIBRA για να επιβεβαιωθεί οριστικά (ή όχι) η άποψη αυτή.

Πηγή: Katherine Kornei – physics.aps.org

Ετικέτα: