Το CERN στο κυνήγι των μυστηριωδών «σκοτεινών» φωτονίων. NA64 hunts the mysterious dark photon

Τα σκοτεινά φωτόνια είναι υποθετικά σωματίδια που προτείνονται από τους θεωρητικούς φυσικούς για να εξηγήσουν το μυστήριο της σκοτεινής ύλης. Μετά το πείραμα HADES, αλλά και το πείραμα ATLAS στο CERN, που αναζήτησαν χωρίς επιτυχία τα σκοτεινά φωτόνια, έρχεται ένα νέο πείραμα, το NA64, για να επαναλάβει την αναζήτηση αυτών των «σκοτεινών» σωματιδίων. Ο χώρος που πραγματοποιείται το πείραμα NA64. An overview of the NA64 experimental set-up at CERN. NA64 hunts down dark photons, hypothetic dark matter particles. (Image: Maximilien Brice/CERN)

Ένας από τους μεγαλύτερους γρίφους της σύγχρονης εποχής είναι η φύση της «σκοτεινής» ύλης, η οποία αν και αντιστοιχεί στο 85% της ύλης του σύμπαντος παραμένει απόλυτα μυστηριώδης για τους επιστήμονες. Ένας σημαντικός λόγος γι’ αυτό είναι πως είναι δύσκολο να εντοπισθεί από επίγεια πειράματα και διαστημικά τηλεσκόπια, αφού δεν εκπέμπει ούτε απορροφά φως, αλλά και κανένα άλλο φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Ωστόσο, παρόλο που δεν έχει ανιχνευθεί ποτέ μέχρι σήμερα, «προδίδει» την παρουσία της από τη βαρυτική έλξη που ασκεί στη συμβατική ύλη. Μάλιστα, μόνον η ύπαρξή της μπορεί να εξηγήσει ανωμαλίες στην κίνηση κοσμικών δομών, όπως οι εξωτερικές περιοχές των γαλαξιών.

Ανάμεσα στις θεωρίες που έχουν προταθεί για τη φύση ή τη συμπεριφορά της «σκοτεινής» ύλης, ορισμένες υποστηρίζουν πως η βαρύτητα δεν είναι ο μοναδικός τρόπος με τον οποίο αλληλεπιδρά με τη συμβατική ύλη. Αντίθετα, υπάρχει μία ακόμη «σκοτεινή» δύναμη, άγνωστη έως σήμερα, με την οποία οι δύο μορφές ύλης αλληλεπιδρούν μεταξύ τους.

Σύμφωνα με αυτές τις θεωρίες μάλιστα, όπως η ηλεκτρομαγνητική δύναμη εκδηλώνεται με την ανταλλαγή φωτονίων, έτσι και στην περίπτωση της «σκοτεινής» δύναμης υπάρχει ένα σωματίδιο το οποίο είναι ο φορέας της. Επομένως το σωματίδιο, το οποίο έχει ονομαστεί «σκοτεινό» φωτόνιο, παίζει τον ρόλο ενδιάμεσου ανάμεσα στη «σκοτεινή» και τη συμβατική ύλη.

«Για να το εξηγήσουμε με μία μεταφορά, δύο άνθρωποι που δεν μιλούν την ίδια γλώσσα (η “σκοτεινή” ύλη και η συμβατική) μπορούν να συνεννοούνται μεταξύ τους χάρις σε έναν διερμηνέα (τα “σκοτεινά” φωτόνια), που καταλαβαίνει και τις δύο γλώσσες και κάνει τη μετάφρασή τους», λέει στο σάιτ του CERN ο Σεργκέι Γκρινένκο.

NA64 is a new experiment at CERN searching for a particle called the dark photon, which might act as a bridge to the universe’s invisible, dark sector. Copyright © 2016 CERN

Ο Γκρινένκο είναι εκπρόσωπος του επιστημονικής ομάδας που θα πραγματοποιήσει το πείραμα NA64 στο CERN στη Γενεύη. Στόχος του πειράματος είναι να αναζητήσει ενδείξεις αυτής της αλληλεπίδρασης ανάμεσα στη «σκοτεινή» και τη συμβατική ύλη, χρησιμοποιώντας μία θεμελιώδη έννοια της φυσικής: τη διατήρηση της ενέργειας.

Γι’ αυτό τον σκοπό, δέσμες ηλεκτρόνιων θα οδηγούνται μέσα σε έναν ανιχνευτή, αφού πρώτα μετρηθεί με πολύ μεγάλη ακρίβεια η αρχική τους ενέργεια. Στο εσωτερικό της διάταξης, τα ηλεκτρόνια θα αλληλεπιδρούν με πυρήνες ατόμων, παράγοντας συμβατικά φωτόνια.

Κανονικά, η ενέργεια των φωτονίων θα πρέπει να είναι ισοδύναμη με αυτή των ηλεκτρονίων. Ωστόσο, αν όντως υπάρχουν τα «σκοτεινά» φωτόνια, τότε θα «δραπετεύουν» από τον ανιχνευτή, μεταφέροντας μακριά ένα μεγάλο ποσοστό από την αρχική ενέργεια των ηλεκτρονίων.

Επομένως, η «υπογραφή» που θα αφήνουν τα «σκοτεινά» φωτόνια θα είναι η απώλεια ενέργειας μέσα στον ανιχνευτή, η οποία θα αντιστοιχεί σε μία αρκετά μεγάλη ποσότητα για να μπορεί να αποδοθεί στις αλληλεπιδράσεις της συμβατικής ύλης.

Στην περίπτωση που επιβεβαιωθεί η ύπαρξη των «σκοτεινών» φωτονίων, τότε θα έχει γίνει ένα μεγάλο βήμα για να λυθεί το μυστήριο της «σκοτεινής» ύλης. Ακόμη περισσότερο, θα ανατρέψει το οικοδόμημα της φυσικής, δείχνοντας πως στη φύση υπάρχει και μία ακόμη θεμελιώδης δύναμη, άγνωστη έως σήμερα, πέρα από τις τέσσερις δυνάμεις που γνωρίζουν ήδη οι επιστήμονες.

Πηγή: naftemporiki.gr – home.cern