Οι φυσικοί πρόκειται να ξεκινήσουν μια φιλόδοξη αναζήτηση για μια «σκοτεινή δύναμη» της φύσης η οποία, αν βρεθεί, θα ανοίξει την πόρτα σε μια σφαίρα του σύμπαντος, που κρύβεται επιμελώς κρυμμένη μέχρι τώρα. Το κυνήγι της θα αναζητήσει στοιχεία για μια νέα θεμελιώδη δύναμη που αποτελεί γέφυρα μεταξύ της συνηθισμένης ύλης και του αόρατου «σκοτεινού πεδίου» που λέγεται ότι συνθέτει τη συντριπτική πλειοψηφία του Κόσμου. Η σκοτεινή ύλη κρύβεται γύρω από τους γαλαξίες, ενώ οι φυσικοί λένε ότι μια πέμπτη δύναμη της φύσης θα «αλλάξει εντελώς το παράδειγμα».
Οι πιθανότητες επιτυχίας μπορεί να είναι περιορισμένες, αλλά αν βρεθεί μια τέτοια δύναμη, θα κατατάσσεται μεταξύ των πιο δραματικών ανακαλύψεων στην ιστορία της φυσικής. Η καλύτερη θεωρία της πραγματικότητας που έχουμε μέχρι τώρα εξηγεί μόνο το 4% του παρατηρούμενου σύμπαντος. Το υπόλοιπο είναι ένα μυστήριο που αποτελείται από τη σκοτεινή ύλη, το περίεργο υλικό που κρύβεται γύρω από τους γαλαξίες και την ακόμα πιο αινιγματική σκοτεινή ενέργεια , μια ουσία που καλείται να εξηγήσει την συνεχώς επιταχυνόμενη επέκταση του σύμπαντος.
«Αυτή τη στιγμή, δεν ξέρουμε από τι αποτελείται πάνω από το 90% του σύμπαντος», δήλωσε ο Mauro Raggi, ερευνητής στο Πανεπιστήμιο Sapienza της Ρώμης. «Εάν βρεθεί αυτή η δύναμη θα αλλάξει εντελώς το μοντέλο που έχουμε τώρα. Θα ανοίξει έναν νέο κόσμο και θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε τα σωματίδια και τις δυνάμεις που συνθέτουν τον σκοτεινό πεδίο».
Οι φυσικοί, μέχρι σήμερα, γνωρίζουν μόνο τέσσερις βασικές δυνάμεις της φύσης. Η ηλεκτρομαγνητική δύναμη επιτρέπει να βλέπουμε και να επικοινωνούμε, αλλά επίσης δημιουργεί και την τριβή. Χωρίς τη λεγόμενη ισχυρή δύναμη, τα σπλάχνα των ατόμων θα κατέρρεαν. Η ασθενής δύναμη λειτουργεί με ακτινοβολία και η βαρύτητα – οι πιο διαδεδομένες από τις δυνάμεις της φύσης – κρατά τα πόδια μας ριζωμένα στο έδαφος.
Αλλά μπορεί να υπάρχουν άλλες δυνάμεις που έχουν περάσει απαρατήρητες. Αυτά θα διαμορφώνουν τη συμπεριφορά των μέχρι σήμερα άγνωστων σωματιδίων που αποτελούν την σκοτεινή ύλη και θα μπορούσαν ενδεχομένως να ασκήσουν τις πιο λεπτές επιδράσεις στις δυνάμεις με τις οποίες είμαστε πιο εξοικειωμένοι.
Αυτό το μήνα, ο Raggi και οι συνάδελφοί του θα ενεργοποιήσουν ένα όργανο στο Εθνικό Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής κοντά στη Ρώμη το οποίο έχει σχεδιαστεί για να κυνηγάει μια πιθανή πέμπτη δύναμη της φύσης. Γνωστή ως Padme (Positron Annihilation into Dark Matter Experiment,), το μηχάνημα αυτό θα καταγράψει τι συμβαίνει όταν ένα πλακίδιο με διαμάντια πάχους ενός δεκάτου του χιλιοστού κτυπιέται με ένα ρεύμα σωματιδίων αντιύλης, τα ποζιτρόνια.
Όταν τα ποζιτρόνια βυθίζονται στο δίσκο με διαμάντια, αμέσως ενώνονται με τα ηλεκτρόνια και εξαφανίζονται σε μια ελαφρά έκρηξη ενέργειας. Κανονικά, η ενέργεια που απελευθερώνεται έχει τη μορφή δύο φωτονίων. Αλλά αν υπάρχει μια πέμπτη δύναμη στη φύση, κάτι διαφορετικό θα συμβεί. Αντί να παράγουν δύο ορατά φωτόνια, οι συγκρούσεις θα απελευθερώνουν περιστασιακά μόνο ένα, μαζί με το λεγόμενο «σκοτεινό φωτόνιο». Αυτό το περίεργο, υποθετικό σωματίδιο είναι το ισοδύναμο του σκοτεινού τομέα-πεδίου ενός σωματιδίου φωτός. Μεταφέρει το ισοδύναμο μιας σκοτεινής πέμπτης δύναμης.
Σε αντίθεση με τα κανονικά σωματίδια φωτός, οποιαδήποτε σκοτεινά φωτόνια που θα παράγονται στο Padme θα είναι αόρατα στον ανιχνευτή του οργάνου. Αλλά με τη σύγκριση της ενέργειας και της κατεύθυνσης των ποζιτρονίων που πυροδότησαν, με ό, τι βγαίνει, οι επιστήμονες μπορούν να δουν εάν έχει δημιουργηθεί ένα αόρατο σωματίδιο και να επεξεργαστούν τη μάζα του. Παρόλο που τα κανονικά φωτόνια είναι άμαζα, τα σκοτεινά φωτόνια δεν είναι άμαζα και το Padme θα ψάξει για τη μάζα τους, σε εύρος μέχρι και 50 φορές της μάζας ενός ηλεκτρονίου.
Το σκοτεινό φωτόνιο, αν υπάρχει, θα έχει μια ανεπαίσθητη επίδραση σε αυτό που κάνει τον κόσμο που βλέπουμε. Αλλά γνωρίζοντας τη μάζα του και τα είδη των σωματιδίων στα οποία μπορεί να διασπαστεί, θα δώσει την πρώτη ένδειξη σε αυτό που αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος του σύμπαντος που είναι πέρα από την αντίληψή μας.
Το πείραμα του Padme θα διαρκέσει τουλάχιστον μέχρι το τέλος του έτους, αλλά υπάρχουν πρόχειρα σχέδια για να μεταφερθεί το όργανο στο Πανεπιστήμιο Cornell το 2021. Εκεί θα συνδεθεί με έναν πιο ισχυρό επιταχυντή σωματιδίων από ό, τι στην Ιταλία για να διευρύνει την αναζήτηση σκοτεινού φωτόνια.
Κι άλλα όμως εργαστήρια σε όλο τον κόσμο αναζητούν, επίσης, τα σκοτεινά φωτόνια. Ο Bryan McKinnon, ερευνητής στο Πανεπιστήμιο της Γλασκόβης, συμμετέχει στην αναζήτηση του σωματιδίου στον επιταχυντή Thomas Jefferson στη Βιρτζίνια. «Το σκοτεινό φωτόνιο, αν υπάρχει, είναι ουσιαστικά μια πύλη», ανέφερε. «Μας επιτρέπει να κοιτάξουμε στον σκοτεινό τομέα – πεδίο για να δούμε τι συμβαίνει. Δεν θα ανοίξει τα “καταφύγια” του, αλλά θα μας επιτρέψει να κοιτάξουμε λίγο ».
Οι φυσικοί δεν γνωρίζουν πόσο πολύπλοκο είναι ο σκοτεινός τομέας – πεδίο. Μπορεί να μην υπάρχουν νέες δυνάμεις για να ανακαλύψουμε. Η ίδια η σκοτεινή ύλη μπορεί να διαμορφώνεται μόνο από τη βαρύτητα και να αποτελείται από ένα μόνο είδος σωματιδίου. Αλλά μπορεί να είναι μια πολύ πλουσιότερη σφαίρα, όπου περιμένει να βρεθούν νέα είδη αόρατων σωματιδίων και δυνάμεων.
Σύμφωνα με τον McKinnon, το ίδιο το γεγονός ότι οι σύγχρονες θεωρίες αφήνουν περιθώρια για εξωτικά σωματίδια όπως τα σκοτεινά φωτόνια σημαίνει ότι οι φυσικοί αισθάνονται υποχρεωμένοι να τα αναζητήσουν. «Θα ήταν σίγουρα ένα τεράστιο θέμα στη φυσική, αν βρεθούν κάποια στοιχεία για έναν σκοτεινό τομέα», τόνισε. «Αυτή τη στιγμή, χαρακτηρίζεται ως τέτοια επειδή είναι τα πράγματα που δεν καταλαβαίνουμε. Εάν μπορεί να ανοίξει μια πόρτα, τι θα βγει; Αυτή είναι η εικασία αυτή τη στιγμή. »
Από την ανακάλυψη του μποζονίου Higgs στο Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων το 2012, οι φυσικοί των σωματιδίων δεν είχαν πολλές ανακαλύψεις για να ενθουσιαστούν. Ωστόσο, η έλλειψη νέων ευρημάτων στις μεγάλες εγκαταστάσεις αύξησε τις προσπάθειες σε μικρότερα εργαστήρια για την πραγματοποίηση πειραμάτων με πιθανές τεράστιες αποδόσεις. Ποιες είναι οι πιθανότητες ότι το Padme θα βρει μια πέμπτη δύναμη;
«Φωτογραφίζομε στο σκοτάδι από κάθε άποψη», είπε ο Raggi. «Αν όμως φωτογραφίζεις, έχεις τουλάχιστον μια ευκαιρία.»
Δεν υπάρχουν σχόλια :
Δημοσίευση σχολίου