Οι αστρονόμοι προσπαθούν ακόμη να βρουν από τι αποτελείται η φευγαλέα σκοτεινή ύλη Για πάνω από 70 χρόνια τώρα οι αστροφυσικοί ψάχνουν να βρουν από τι θα μπορούσε να αποτελείται η κρυμμένη σκοτεινή ύλη, που φαίνεται να αποτελεί πάνω από το 80% της συνολικής μάζας του Κόσμου μας. Τα υποψήφια σωματίδια είναι θεμελιώδεις οντότητες γνωστές ως ασθενώς αλληλεπιδρώντα σωματίδια με μάζα, ή WIMPs, αλλά μια νέα έρευνα προτείνει ότι κάτι πιο ιδιαίτερο θα ταίριαζε καλύτερα. Κάπου δύο δωδεκάδες ερευνητικές ομάδες ψάχνουν να βρουν τι είναι η σκοτεινή ύλη
Σύμφωνα με την Kathryn Zurek του Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν, "εκκεντρική σύνθετη σκοτεινή ύλη" θα μπορούσε να εξηγήσει την κρυμμένη μάζα του Σύμπαντος, αλλά αυτή θα ήταν απαλλαγμένη από ορισμένα από συνήθη προβλήματα που σχετίζονται με τα συμβατικά σωματίδια WIMP της σκοτεινής ύλης. «Οι άνθρωποι γίνονται όλο και πιο ανοικτοί για πιο σύνθετες θεωρίες της σκοτεινής ύλης», λέει η Zurek.
Wimps έχουν ονομασθεί γιατί αυτά αλληλεπιδρούν με την κανονική "βαρυονική" ύλη μόνο μέσω της βαρύτητας και της ασθενούς πυρηνικής δύναμης. Αλλά μετά από δεκαετίες αναζήτησης, η υπόθεση των WIMP έχει αρχίσει να εξασθενεί. Πρώτον, πειράματα άμεσης ανίχνευσης – όπως το πείραμα XENON100 στο εργαστήριο Gran Sasso στην Ιταλία, ή το πείραμα CDMS στις ΗΠΑ – δεν έχουν βρει ακόμη καμία πειστική απόδειξη για την ύπαρξη των WIMPs. Αυτό οδήγησε τους αστροφυσικούς στο συμπέρασμα ότι πρέπει να αλληλεπιδρούν τα WIMPs εξαιρετικά ασθενικά με την κανονική ύλη.
Ίσως όμως το πιο σημαντικό φαίνεται να είναι πως δεν υπάρχει κανένας ειδικός λόγος, που η σκοτεινή ύλη να είναι τέσσερις φορές πιο άφθονη από την κανονική ύλη ή με άλλα λόγια γιατί έχει την ίδια τάξη μεγέθους και δεν είναι 10 ή 20 φορές περισσότερη. Οι αστροφυσικοί νομίζουν ότι αυτό το χαρακτηριστικό μοιάζει με κάτι παραπάνω από σύμπτωση.
Μια εκκεντρική λύση με quirks
Η εκκεντρική (quirky) σκοτεινή ύλη προσφέρει μια διέξοδο από την αλληλεπίδραση και τα προβλήματα σύμπτωσης. Για πρώτη φορά βγήκε στο φως το 2008 από τους αμερικανούς φυσικούς Junhai Kang και Markus Luty. Τα «quirks» τα συστατικά της παράξενης ή εκκεντρικής σκοτεινής ύλης είναι παρόμοια με τα κουάρκ που συνθέτουν τα νουκλεόνια. Ωστόσο, τα «quirks» θα είναι πολύ βαρύτερα, και αντί να δεσμεύονται από την ισχυρή πυρηνική δύναμη (όπως τα κουάρκ), θα πρέπει να συνδέονται από ένα νέο είδος δύναμης – την "σκοτεινή" ισχυρή δύναμη. Όταν δύο quirks με αντίθετα φορτία συνδέονται μαζί τότε σχηματίζουν, κάτι παρόμοιο με το νετρόνιο, ένα ουδέτερο σωματίδιο. Σε αυτή την τελευταία έρευνα, η Zurek και η ομάδα της έχουν αναπτύξει αυτή τη θεωρία σε ένα πιο πλήρες μοντέλο της σκοτεινής ύλης.
Αυτό δε το έμφυτο φορτίο των quirks είναι που τους επιτρέπει να αποφύγουν το πρόβλημα της σύμπτωσης που έχουν τα WIMP. Αυτό το φορτίο συνδέει την αφθονία των quirk με τις ίδιες διεργασίες που γίνονται στο Καθιερωμένο Μοντέλο, που καθορίζουν την αφθονία των βαρυονίων, οπότε θα πρέπει φυσιολογικά να υπάρχει ένα σχεδόν ισορροπημένο ισοζύγιο μεταξύ των quirks (σκοτεινή ύλη) με τα βαρυόνια (κανονική ύλη).
Και τα δύο είδη ύλης (quirky και βαρυόνια) με τα συνολικά ουδέτερα φορτία που έχουν και την ηλεκτρασθενή ζεύξη που χρησιμοποιούν, θα μπορούσαν να εξηγήσουν γιατί τα πειράματα άμεσης ανίχνευσης έχουν μέχρι στιγμής αποτύχει να βρουν κανένα αποδεικτικό στοιχείο για την σκοτεινή ύλη.
Ο Neal Weiner, κοσμολόγος και φυσικός σωματιδίων στο πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης, αναφέρει ότι η Zurek έχει ένα ενδιαφέρον μοντέλο. «Το καλύτερο είναι ότι έχει δείξει πως αυτά τα μοντέλα μπορούν να χρησιμοποιηθούν στα πειράματα. Δεν πρόκειται απλώς για μια θεωρητική άσκηση – εάν κάποια από αυτές τις ιδέες είναι σωστή, μπορούμε να το μάθουμε σύντομα."
Ένας από τους τρόπους που τα πειράματα θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν quirky (ιδιόμορφη) σκοτεινή ύλη απορρέει από την ακριβή φύση του κάθε quirk. Αν υπάρχουν ελαφρές μόνο διαφορές, ας πούμε της μάζας τους, τότε τα quirks μπορούσαν να ανταλλάξουν σπάνια ένα φωτόνιο με το πρωτόνιο και το νετρόνιο ενός ατόμου, και με αυτό τον τρόπο δημιουργούν μια ανάκρουση του πυρήνα σε ένα από τα συμβατικά πειράματα άμεσης ανίχνευσης. Επιπλέον, η ικανότητα τους να απορροφούν φωτόνια θα μπορούσε να σημαίνει ότι η ιδιόμορφη σκοτεινή ύλη έχει μια σειρά από γραμμές απορρόφησης, κάτι σαν τις "γραμμές Lyman” για το υδρογόνο. Αν το φως από μια μακρινή πηγή – όπως ένα κβάζαρ – περνούσε μέσα από ένα σμήνος ιδιόμορφης σκοτεινής ύλης καθ ‘οδόν προς τη Γη, τότε τα τηλεσκόπια θα πρέπει να δούνε αυτές τις γραμμές απορρόφησης στο φάσμα του φωτός.
Όπως η ίδια η Zurek επισημαίνει, αυτό το είδος της ανίχνευσης θα βασίζεται σε μια αρκετά λαμπρή πηγή και μία πυκνή συστάδα ιδιόμορφης σκοτεινής ύλης. Αλλά αφού τα πειράματα απέτυχαν μέχρι στιγμής να βρουν κάποιο πειστικό αποδεικτικό στοιχείο των συμβατικών σωματιδίων WIMP της σκοτεινής ύλης, οι φυσικοί πρέπει να αρχίσουν να μελετούν πιο απόκρυφες δυνατότητες.
"Θα μπορούσαν να υπάρχουν σκοτεινές δυνάμεις, θα μπορεί να υπάρχουν πολλαπλές κλίμακες στον τομέα της σκοτεινής ύλης, θα μπορούσε να υπάρχει αυτό το είδος της δομής στο οποίο υπάρχουν διεγερμένες καταστάσεις … όλα αυτά που ξεκινάμε να σκεφτόμαστε με γνώμονα τις πιο περίπλοκη, δυναμικές”, συμπληρώνει η Zurek.
Δεν υπάρχουν σχόλια :
Δημοσίευση σχολίου