Μπορούμε να ανιχνεύσουμε την σκοτεινή ύλη;

Posted on 25/05/2017

0


Τα πρώτα αποτελέσματα του πειράματος XENON1T

XENON1T: Ο πιο ευαίσθητος ανιχνευτής σκοτεινής ύλης στον κόσμο http://www.xenon1t.org/

Οι φυσικοί που προσπαθούν να κατανοήσουν το σύμπαν διαπιστώνουν πως μόνο το 5% της ύλης-ενέργειας του σύμπαντος αποτελείται από την συνηθισμένη γνωστή ύλη – την ύλη από την οποία είμαστε φτιαγμένοι και αντιλαμβανόμαστε γύρω μας. Το υπόλοιπο 95% μας είναι εντελώς άγνωστο, αινιγματικό και «σκοτεινό».

Αποδεικνύεται πως το 27% του σύμπαντος συνίσταται από την αποκαλούμενη σκοτεινή ύλη και το 68% από την σκοτεινή ενέργεια.  Ας επικεντρωθούμε λίγο στην σκοτεινή ύλη.

Η σκοτεινή ύλη είναι πέντε φορές περισσότερη από την γνωστή ύλη και συσσωρεύεται στους γαλαξίες. Αυτή τη στιγμή ενδέχεται η σκοτεινή ύλη να σας περιβάλει και να περνάει από μέσα σας χωρίς να το αντιλαμβάνεστε.

Αφού δεν την βλέπουμε και δεν την αισθανόμαστε πως ξέρουμε ότι υπάρχει;

Υπάρχουν ατράνταχτα αστρονομικά δεδομένα που αποδεικνύουν την αναγκαιότητα ύπαρξής της. Αν δεν υπήρχε αυτό που ονομάζουμε σκοτεινή ύλη τότε οι περιστρεφόμενοι γαλαξίες θα είχαν διαλυθεί. Όσο πιο γρήγορα περιστρέφεται ένας γαλαξίας τόσο περισσότερη μάζα χρειάζεται για να συγκρατεί βαρυτικά τα άστρα που περιέχει. Οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι η γνωστή ορατή ύλη δεν επαρκεί για να συγκρατήσει βαρυτικά το περιεχόμενο των περιστρεφόμενων γαλαξιών. Για να εξηγηθεί η σταθερότητα αυτών των γαλαξιών εισήχθη η έννοια της σκοτεινής ύλης. Και ονομάστηκε έτσι διότι δεν την βλέπουμε, αφού δεν εκπέμπει ούτε ανακλά το φως. Φυσικά, υπάρχουν κι άλλα αστρονομικά φαινόμενα που χωρίς την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης είναι αδύνατον να κατανοηθούν, όπως το φαινόμενο των βαρυτικών φακών ή τα εντυπωσιακά αποτελέσματα των συγκρούσεων σμηνών γαλαξιών.

Τι γνωρίζουμε για την σκοτεινή ύλη;

Το μόνο σίγουρο είναι πως έχει μάζα και γι αυτό ονομάζεται «ύλη». Ο μόνος γνωστός τρόπος με τον οποίο αλληλεπιδρά με την γνωστή ύλη (και τον εαυτό της) είναι η βαρύτητα. Δεν αλληλεπιδρά ηλεκτρομαγνητικά, οπότε δεν μπορούμε να τη δούμε ή να την αγγίξουμε – και γι αυτό αποκαλείται «σκοτεινή».

Μπορούμε να ανιχνεύσουμε την σκοτεινή ύλη στα επίγεια εργαστήρια;

Υπάρχουν αρκετές ιδέες για το ζήτημα αυτό. Η απλούστερη ιδέα είναι να υποθέσουμε πως η σκοτεινή ύλη αποτελείται από σωματίδια που αλληλεπιδρούν με εξαιρετικά ασθενή τρόπο με την κανονική ύλη. Τα σωματίδια αυτά ονομάζονται WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) και θα μπορούσαν ίσως να αλληλεπιδρούν με κάποια νέα υποθετική δύναμη, πέρα από τις 4 γνωστές – βαρυτική, ηλεκτρομαγνητική, ασθενή και ισχυρή πυρηνική.

Χωρίς να γνωρίζουν πως ακριβώς αλληλεπιδρούν τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης με την κανονική ύλη, οι φυσικοί κάνοντας εύλογες υποθέσεις, σχεδίασαν πειράματα που φιλοδοξούν να αποδείξουν την ύπαρξη των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης που κυκλοφορούν γύρω μας. Ένα τέτοιο πείραμα είναι και το XENON1T , που βασίζεται στον πιο ευαίσθητο ανιχνευτή σκοτεινής ύλης στον κόσμο.

Xenon One Ton

Το πείραμα XENON1T συνίσταται από έναν κεντρικό ανιχνευτή με υγρό ξένον που περιβάλλεται για προστασία από υπερ-καθαρό νερό. Η ανίχνευση των σωματίδίων της σκοτεινής ύλης βασίζεται στην υπόθεση ότι, η έστω ασθενέστατη, αλληλεπίδρασή τους με το υγρό ξένον προκαλούν σπινθηρισμό (παράγονται υπεριώδη φωτόνια μήκους κύματος 178 nm) και ιονισμό. Σκοπός του πειράματος είναι η ανίχνευση αυτών των φαινομένων, αποκλείοντας γεγονότα υποβάθρου προερχόμενα από το περιβάλλον του ανιχνευτή, την κοσμική ακτινοβολία, αλλά και τον ίδιο τον ανιχνευτή. Γι αυτό το πείραμα διεξάγεται στις υπόγειες εγκαταστάσεις του εργαστηρίου Gran Sasso στην Ιταλία.

Τα πρώτα αποτελέσματα του πειράματος προς το παρόν δεν δείχνουν την ανίχνευση «σκοτεινών σωματίων». Αλλά πρόκειται για την συλλογή δεδομένων μόνο των πρώτων 34 ημερών λειτουργία του πειράματος.

Στο διάγραμμα που ακολουθεί βλέπουμε το όριο στην πιθανότητα αλληλεπίδρασης των σωματιδίων σκοτεινής ύλης με τα νουκλεόνια της κανονικής ύλης, συναρτήσει της μάζας των WIMPs, όπως καθορίζεται από τις πρώτες μετρήσεις του φιλόδοξου πειράματος XENON1T.

Συνεπώς, μέχρι στιγμής, η απάντηση στο ερώτημα του τίτλου της ανάρτησης εξακολουθεί να είναι «σκοτεινή».

Για πιο εξειδικευμένες επιστημονικές λεπτομέρειες διαβάστε ΕΔΩ: First Dark Matter Search Results from the XENON1T Experiment

 

Ετικέτα: