Σάββατο, 18 Μαρτίου 2017

Βαριά ή ελαφριά σκοτεινή ύλη;

skoteini-uliΚαθώς η φύση της σκοτεινής ύλης παραμένει ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της σύγχρονης επιστήμης, αυτή τη στιγμή λαμβάνουν χώρα ένα μεγάλο πλήθος από διαφορετικά πειράματα σε όλο το πλανήτη, αλλά και στο διάστημα, με σκοπό την ανίχνευση των λεγόμενων «σκοτεινών σωματιδίων».
 
Η ύπαρξη της σκοτεινής ύλης δεν έχει επιβεβαιωθεί με άμεσο εντοπισμό κάποιου σωματιδίου, ωστόσο βασίζεται κυρίως σε αστρονομικές παρατηρήσεις. Σύμφωνα με την άποψη της πλειοψηφίας των επιστημόνων, το Σύμπαν που αντιλαμβανόμαστε αποτελεί μονάχα το 4% του τι πραγματικά υπάρχει εκεί έξω. Το υπόλοιπο 23% αντιστοιχεί στη σκοτεινή ύλη, η οποία δεν αλληλεπιδρά με την ύλη που γνωρίζουμε, ενώ το υπόλοιπο 73% είναι μια μορφή ενέργειας που ευθύνεται για την επιταχυνόμενη διαστολή του Σύμπαντος, της οποίας την προέλευση επίσης δε γνωρίζουμε και για αυτό την αποκαλούμε και αυτή σκοτεινή.

Νωρίτερα αυτό το χρόνο υπήρξαν ενδείξεις πως ίσως τα σκοτεινά σωματίδια να έχουν ελαφρύτερη μάζα από αυτή που πιστεύαμε. Οι εικασίες για τη μάζα των σωματιδίων που απαρτίζουν τη σκοτεινή ύλη σχετίζεται κυρίως με τη θεωρία της υπερσυμμετρίας, η οποία αντιστοιχεί σε κάθε γνωστό σωματίδιο ένα άλλο υπερ-εταίρο. Τα υπερσωματίδια αυτά είναι από τους πιο πιθανούς υποψήφιους για τη σκοτεινή ύλη και συνήθως αποκαλούνται βαριά, εξαιτίας της σχετικά μεγάλης μάζας τους. Ωστόσο ίσως υπάρχουν και άλλες εκδοχές για την προέλευση της σκοτεινής ύλης που δε σχετίζονται με την υπερσυμμετρία, το οποίο να επιτρέπει στα σωματίδια αυτά να είναι αντίστοιχα με τα κοινά σωματίδια. 
 
«Δε γνωρίζουμε, θα μπορούσε να υπάρχει και ελαφριά και βαριά σκοτεινή ύλη» λέει ο φυσικός Dan Bauer, υπεύθυνος του πειράματος CDMS (Cryogenic Dark Matter Search).
 
Το CDMS II που λαμβάνει χώρα αυτό τον καιρό στο ορυχείο Soudan, στη βόρεια Μινεσότα περιλαμβάνει μια σειρά από ανιχνευτές παγωμένους σχεδόν στο απόλυτο μηδέν, βαθιά μέσα στο έδαφος ώστε να μην επηρεάζονται από την ακτινοβολία του περιβάλλοντος.  Τα άτομα που βρίσκονται σε παγωμένους κρυστάλλους στέκονται σχεδόν ακίνητα, κι έτσι είναι πιο εύκολο να ανιχνευθεί πότε διαταράσσονται. Αν ένα σωματίδιο σκοτεινής ύλης χτυπήσει ένα άτομο του ανιχνευτή του CDMS, θα απελευθερωθεί ένα ποσό ενέργειας που θα εντοπισθεί από τις ηλεκτρονικές διατάξεις.
 
Ωστόσο, όσο πιο ελαφριά είναι τα σωματίδια σκοτεινής ύλης, τόσο μικρότερη και η διαταραχή, και συνεπώς πιο δύσκολος ο εντοπισμός του σωματιδίου. Για το λόγο αυτό έγιναν κάποιες βελτιώσεις στους ανιχνευτές, και πλέον το CDMSlite είναι εξοπλισμένο με ενισχυτές σήματος, οι οποίοι χρησιμοποιώντας 17 φορές μεγαλύτερη ισχύ είναι ικανοί να ανιχνεύσουν σωματίδια ακόμη και πιο ελαφριά από 6 GeV (συγκριτικά το πρωτόνιο είναι λίγο ελαφρύτερο από 1 GeV), κάνοντάς το CDMS το πιο ευαίσθητο πείραμα στον κόσμο για την ανίχνευση σκοτεινών σωματιδίων.
 
«Μελετάμε περιοχές που δεν έχουν ελεγχθεί νωρίτερα», λέει ο Jeter Hall, εμπνευστής της πατέντας στο CDMSlite. Ενώ πάντως το CDMS ενδιαφέρεται για την εκδοχή των ελαφριών σκοτεινών σωματιδίων, δεν παύει να κοιτάζει και για βαρύτερα σωματίδια. «Πρέπει να σκεφτούμε όλο το εύρος των δυνατοτήτων, ειδικά εάν σκεφτούμε πόσα λίγα γνωρίζουμε για τις ιδιότητες της σκοτεινής ύλης», εξηγεί ένας ακόμη φυσικός του πειράματος, ο Richard Partridge.
 
Οι ερευνητές πάντως θα χρησιμοποιήσουν την τεχνολογία που αναπτύχθηκε για το CDMSlite και στη νέα εκδοχή του πειράματος, σε ένα ορυχείο βάθους 1,6 χιλιομέτρων στο SNOLAB του Καναδά, σπρώχνοντας τα όρια των ανιχνευτών ακόμη παραπέρα. Για την ώρα, οι προσπάθειες για τον απευθείας εντοπισμό σωματιδίων σκοτεινής ύλης εντείνεται.