Οι κυνηγοί της σκοτεινής ύλης ασαφές σήμα αρπάζει τα πρωτοσέλιδα
Μια ανακοίνωση σήμερα από φυσικούς που αναζητούν σωματίδια μυστηριώδους σκοτεινής ύλης έχει προκαλέσει μια καταιγίδα, παρόλο που η ομάδα λέει ότι στην πραγματικότητα δεν έχει ανακαλύψει τίποτα ακόμα.
Οι φυσικοί που συνεργάζονται με τη συνεργασία XENON ανέφεραν σήμερα σε ένα διαδικτυακό συμπόσιο ότι έχουν δει δεκάδες περίεργα γεγονότα που θα μπορούσαν να είναι σημάδια νέων σωματιδίων που ονομάζουν άξιον που προέρχονται από τον Ήλιο. Ή απόδειξη ότι τα κοινά σωματίδια που ονομάζονται νετρίνα είναι περισσότερο μαγνητικά από το αναμενόμενο. Ή το αποτέλεσμα της μόλυνσης μέσα στον ανιχνευτή. Ή απλώς μια στατιστική ατυχία.
"Αυτό που λέμε είναι ότι υπάρχει κάτι στον ανιχνευτή μας που κανείς δεν περίμενε, και αυτή τη στιγμή κανείς δεν ξέρει τι είναι στην πραγματικότητα", λέει ο Rafael Lang, ένας φυσικός και μέλος της ομάδας XENON από το Πανεπιστήμιο Purdue.
Νέα σωματίδια ή απροσδόκητα φαινόμενα θα ενθουσιάσουν τους σωματιδιακούς φυσικούς, οι οποίοι δεν έχουν ανακαλύψει τίποτα που δεν έχει προβλεφθεί από το τυπικό τους μοντέλο εδώ και δεκαετίες. Αλλά άλλοι πειραματιστές αντιδρούν με προσοχή, καθώς η ιστορία των αναζητήσεων της σκοτεινής ύλης είναι γεμάτη με ιστορίες δελεαστικών υπονοούμενων που τράβηξαν την προσοχή και στη συνέχεια εξαφανίστηκαν με περισσότερα δεδομένα. Τα περισσότερα από αυτά τα λανθασμένα σήματα ήταν ακριβώς όπως το νέο από το XENON:ένας συμπλέκτης ανεξήγητων γεγονότων σε μια ενέργεια ακριβώς πάνω από το όριο στο οποίο αρχίζει να λειτουργεί ο ανιχνευτής. «Η περιοχή κατωφλίου είναι η πιο δύσκολη να χαρακτηριστεί», λέει ο Χουάν Κολάρ, φυσικός και κυνηγός σκοτεινής ύλης στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο. "Έχουμε καεί όλοι από αυτό ένα εκατομμύριο φορές."
Από το 2006, η ομάδα XENON κατασκεύασε μια σειρά από ολοένα και μεγαλύτερους ανιχνευτές στο υπόγειο Εθνικό Εργαστήριο Gran Sasso της Ιταλίας που αναζητούν τη σκοτεινή ύλη, το αγνώστων στοιχείων που πιστεύεται ότι διαπερνά κάθε γαλαξία και παρέχει τη βαρύτητα που απαιτείται για να μην στροβιλιστεί. Οι επιστήμονες παρακολουθούν για υποθετικά σωματίδια σκοτεινής ύλης που ονομάζονται ασθενώς αλληλεπιδρώντα μαζικά σωματίδια (WIMPs) που ενδέχεται περιστασιακά να συγκρούονται με ατομικούς πυρήνες μέσα σε μια δεξαμενή παγωμένου υγρού ξένου και να παράγουν ενδεικτικές λάμψεις φωτός — μέχρι στιγμής χωρίς επιτυχία.
Αλλά ο ανιχνευτής μπορεί επίσης να διακρίνει σωματίδια μικρότερης μάζας που αναπηδούν από τα ηλεκτρόνια στα άτομα ξένου. Χρησιμοποιώντας την τρίτη επανάληψη του ανιχνευτή - XENON1T, ο οποίος περιείχε 1 τόνο υγρού ξένου και λειτουργούσε από τα τέλη του 2016 έως πέρυσι - οι ερευνητές είδαν 285 τέτοιες ανάκρουση ηλεκτρονίων σε μια συγκεκριμένη ενεργειακή περιοχή όταν περίμεναν μόλις 232, ο Evan Shockley, ένας φυσικός στο Το Πανεπιστήμιο του Σικάγο ανέφερε στο συμπόσιο. Το πλεόνασμα των 53 γεγονότων είναι, στις μονάδες που προτιμούν οι φυσικοί, 3,5 τυπικές αποκλίσεις πάνω από το αναμενόμενο επίπεδο υποβάθρου, όχι αρκετή για να διεκδικήσει μια ανακάλυψη, αλλά αρκετή για να ανατινάξει τα φρύδια.
Ό,τι κι αν έπεφτε στα ηλεκτρόνια, τα σωματίδια ήταν πολύ ελαφριά για να είναι τυπικά WIMP. Στην πραγματικότητα, η λεπτομερής ανάλυση υποδηλώνει ότι θα μπορούσαν να είναι άλλα υποθετικά σωματίδια που ονομάζονται αξιόνια, που εφευρέθηκαν για να λύσουν προβλήματα στη θεωρία της ισχυρής πυρηνικής δύναμης. Για να εξηγηθούν τα σήματα από το XENON1T, αυτά τα άξιον θα έπρεπε να ζυγίζουν μερικά ηλεκτρονιοβολτ - στο βαρύ τέλος των θεωρητικών προβλέψεων. Άξιον τόσο βαριά δεν θα μπορούσαν, κατά ειρωνικό τρόπο, να εξηγήσουν τη σκοτεινή ύλη, επειδή υπάρχει μια θεωρητική αντιστάθμιση μεταξύ της μάζας του άξιον και πόσων θα μπορούσαν να παραμείνουν από τη Μεγάλη Έκρηξη. Αλλά θα μπορούσαν να προέρχονται από πυρηνικές αλληλεπιδράσεις στον Ήλιο. Εναλλακτικά, τα πλεονάζοντα γεγονότα θα μπορούσαν να έχουν παραχθεί από γνωστά σωματίδια που ονομάζονται νετρίνα, τα οποία ρέουν έξω από τον Ήλιο κατά τρισεκατομμύρια, εάν είναι πιο μαγνητικά από ό,τι προβλέπει η τυπική θεωρία.
Μετά έρχεται το τρένο των επιφυλάξεων. Τόσο η υπόθεση του άξονα όσο και της υπόθεσης των νετρίνων θα συγκρούονταν με ορισμένες αστροφυσικές παρατηρήσεις σχετικά με τη συμπεριφορά των άστρων, σημείωσε ο Σόκλεϊ. Επιπλέον, όλα τα συμβάντα συγκεντρώνονται σε ενέργεια 2,4 κιλο-ηλεκτρονιοβολτ, ακριβώς πάνω από το κατώφλι του ανιχνευτή. Το να κάνεις ακριβείς μετρήσεις στο κατώφλι είναι εμφανώς δύσκολο, λέει ο Richard Gaitskell, φυσικός και κυνηγός σκοτεινής ύλης στο Πανεπιστήμιο Brown. Μόνο ένα σφάλμα 10% στη μοντελοποίηση του ορίου του ανιχνευτή θα μπορούσε να εξηγήσει το σήμα, λέει — αν και προσθέτει ότι η ομάδα XENON φαίνεται να έχει κάνει καλή δουλειά στη βαθμονόμηση του ανιχνευτή.
Ίσως το πιο σημαντικό, το σήμα θα μπορούσε να προέρχεται από μια εγκόσμια πηγή, γνωστή στους κυνηγούς της σκοτεινής ύλης:τη μόλυνση από τρίτιο στον ανιχνευτή. Το τρίτιο, ένα ραδιενεργό ισότοπο υδρογόνου, διασπάται με το φτύσιμο ενός ηλεκτρονίου, το οποίο θα μπορούσε να παραποιήσει ένα γεγονός. Και δημιουργείται μέσα σε έναν ίδιο τον ανιχνευτή, εξηγεί ο Collar, από νετρόνια που απομακρύνονται από τον περιβάλλοντα βράχο από εξαιρετικά ενεργητικές κοσμικές ακτίνες. Τα νετρόνια μπορούν στη συνέχεια να σπάσουν τους ατομικούς πυρήνες μέσα στο ξένο για να παράγουν τρίτιο. Μόνο τρία άτομα τριτίου ανά κιλό ξένον θα αρκούσαν για την παραγωγή του σήματος, λέει ο Shockley. Οι ερευνητές XENON δεν μπορούν να αποκλείσουν ότι η μόλυνση από τρίτιο σε αυτό το επίπεδο, αν και πιστεύουν ότι το σύστημα φιλτραρίσματος τους το διατηρεί πολύ χαμηλότερα.
Αυτό το γεγονός από μόνο του ρίχνει κρύο νερό στη θήκη για εξωτικά σωματίδια, λέει ο Gaitskell. "Σημαίνει ότι τα άλλα, πιο εξωτικά σενάρια δεν φτάνουν στην κορυφή της λίστας", λέει.
Η σαφήνεια θα μπορούσε να έρθει σύντομα. Οι ερευνητές XENON ήδη αναθέτουν μια μεγαλύτερη έκδοση του ανιχνευτή τους, XENONnT, ο οποίος θα περιέχει αρκετούς τόνους υγρού. Και ο Gaitskell και άλλοι στις Ηνωμένες Πολιτείες εργάζονται σε έναν εξίσου μεγάλο ανιχνευτή υγρού xenon. Αν και αυτοί οι ανιχνευτές δουν κάτι, η περίπτωση για εξωτικά σωματίδια θα γινόταν πιο ισχυρή. Αλλά αν η ιστορία είναι ένας οδηγός, το ενδιαφέρον σήμα είναι πιθανό να εξασθενίσει.
*Διόρθωση, 18 Ιουνίου, 12:35 μ.μ.: Αυτή η ιστορία έχει αλλάξει για να αντικατοπτρίζει την κατάλληλη μάζα των αξόνων που μπορεί να είχαν παρατηρηθεί.
