Πείραμα που ψάχνει για σκοτεινή ύλη ανίχνευσε ανεξήγητο σήμα. Dark Matter Experiment Finds Unexplained Signal

Προτείνονται τρεις πιθανές εξηγήσεις: η μια είναι αδιάφορη, οι άλλες δύο θα προκαλέσουν επανάσταση στην φυσική. Researchers say there are three possible explanations for the anomalous data. One is mundane. Two would revolutionize physics. The heart of the XENON1T detector, which was designed to search for rare interactions with hypothetical particles. Credit: Xenon Collaboration

Το πείραμα αναζήτησης σκοτεινής ύλης XENON1T ανίχνευσε ένα απροσδόκητο σήμα που θα μπορούσε να αντιστοιχεί σε ένα υποθετικό (προς το παρόν) σωματίδιο σκοτεινής ύλης που ονομάζεται αξιόνιο. Εναλλακτικά, τα πειραματικά δεδομένα θα μπορούσαν να εξηγηθούν με ένα νέο είδος νετρίνων. Δυστυχώς όμως υπάρχει και η περίπτωση το σήμα να μην σημαίνει τίποτε και να οφείλεται σε κάποιο συστηματικό σφάλμα. Αν βέβαια το σήμα του XENON1T οφείλεται σε αξιόνια – τον κορυφαίο υποψήφιο σκοτεινής ύλης – ή σε νέου τύπου νετρίνα, θα ήταν πράγματι κάτι πολύ συναρπαστικό.

Πειραματικά δεδομένα από τον ανιχνευτή σκοτεινής ύλης XENON1T. Παρατηρείστε το «καρούμπαλο» που σχηματίζουν τα πειραματικά σημεία τις χαμηλές ενέργειες 1 έως 2 keV. The excess observed in XENON1T in the electronic recoil background at low energies, compared to the level expected from known backgrounds indicated as the red line.

Οι πειραματιστές του XENON1T ανίχνευσαν 53 γεγονότα περισσότερα από τα 232 γεγονότα υποβάθρου που περίμεναν. Αφού απέρριψαν όλες τις πιθανές πηγές σφαλμάτων που μπόρεσαν, εξέτασαν τρεις ερμηνείες που θα ταίριαζαν με το μέγεθος και το σχήμα των δεδομένων τους.

Η πρώτη, και πιο εντυπωσιακή είναι η ανίχνευση αξιονίων, ένα υποθετικό σωματίδιο που παράγεται στο εσωτερικό του ήλιου και μοιάζει με φωτόνιο, αλλά διαθέτει μια ελάχιστη ποσότητα μάζας.

Αν αυτά τα αξιόνια (που ίσως ανιχνεύθηκαν) παράγονται τώρα στον ήλιο δεν θα μπορούσαν να είναι η σκοτεινή ύλη που περιέχεται στο σύμπαν από την εποχή της Μεγάλης Έκρηξης. Αλλά, αν το πείραμα ανιχνεύει ηλιακά αξιόνια, τότε σημαίνει πως υπάρχουν αξιόνια. Αξιόνια που δημιουργήθηκαν στο αρχέγονο σύμπαν και έκτοτε συνιστούν τα συστατικά της σκοτεινής ύλης. Σύμφωνα με τους φυσικούς του XENON1T το σήμα δεν ταιριάζει με τα απλούστερα μοντέλα σκοτεινής ύλης αξιονίων, αλλά μάλλον με πιο περίπλοκα.

Η δεύτερη δυνατότητα είναι το σήμα να οφείλεται σε νετρίνα, τα οποία έχουν μεγάλες μαγνητικές ροπές, που σημαίνει ότι συμπεριφέρονται ως μικροί μαγνήτες. Αλλά νετρίνα με τέτοιες μαγνητικές ροπές σημαίνει νέα φυσική, πέραν του Καθιερωμένου Προτύπου των στοιχειωδών σωματιδίων.

Elena Aprile, the leader of the XENON experiments, in her laboratory at Columbia University. Ben Sklar for Quanta Magazine

Η τρίτη περίπτωση, είναι το σήμα να οφείλεται στην ραδιενέργεια του τριτίου, ενός ισοτόπου του υδρογόνου, που υπάρχει στην δεξαμενή του πειράματος. Και αυτή η πιθανότητα δεν μπορεί ούτε να επιβεβαιωθεί ούτε να αποκλειστεί σύμφωνα με την δημοσίευση των 163 ερευνητών της ομάδας XENON1T.

Πηγές: Observation of Excess Events in the XENON1T Dark Matter Experiment -  Dark Matter Experiment Finds Unexplained Signal -  Hail the XENON excess - https://physicsgg.me/2020/06/17/