Η Σκοτεινή Ύλη ενδέχεται να ευθύνεται για τις παρεμβολές του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων

Σύνοψη

• Οι επιστήμονες του CERN καταγράφουν εδώ και χρόνια ανεξήγητες παρεμβολές στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC), τις οποίες αποκαλούν «UFO» (Unidentified Falling Objects), δηλαδή μικροσκοπικά σωματίδια σκόνης που πέφτουν μέσα στη δέσμη πρωτονίων προκαλώντας απώλειες.
• Μια νέα έρευνα από το Πανεπιστήμιο British Columbia προτείνει ότι αυτή η σκόνη αποκολλάται από τα τοιχώματα του επιταχυντή εξαιτίας υπόγειων ακουστικών κυμάτων που παράγονται από τη διέλευση μακροσκοπικής Σκοτεινής Ύλη μέσα από τον φλοιό της Γης.
• Το συγκεκριμένο θεωρητικό μοντέλο αποδεικνύει ότι δεν απαιτείται καμία αναβάθμιση του εξοπλισμού στο CERN, καθώς τα υπάρχοντα συστήματα παρακολούθησης απώλειας δέσμης διαθέτουν ήδη την απαιτούμενη ευαισθησία για να καταγράψουν αυτά τα συμβάντα.
• Η μελέτη προσφέρει στην ακαδημαϊκή κοινότητα μια εντελώς νέα κατεύθυνση, μετατοπίζοντας την έρευνα από τα στοιχειώδη μικροσκοπικά σωματίδια σε μακροσκοπικές, μη στοιχειώδεις μορφές Σκοτεινής Ύλης.

Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) του ευρωπαϊκού οργανισμού πυρηνικών ερευνών CERN αποτελεί αναμφίβολα την πιο πολύπλοκη, ακριβή και ευαίσθητη επιστημονική εγκατάσταση που έχει κατασκευάσει ποτέ η ανθρωπότητα, λειτουργώντας υπό συνθήκες απόλυτου ελέγχου προκειμένου να διατηρεί τις δέσμες πρωτονίων στην προκαθορισμένη τους τροχιά με ταχύτητες που πλησιάζουν εκείνη του φωτός. 

Παρά την τελειότητα του αρχιτεκτονικού σχεδιασμού του και την απομόνωση του σε βάθος εκατό μέτρων κάτω από την επιφάνεια του εδάφους, οι επιστήμονες που παρακολουθούν τα δεδομένα λειτουργίας έχουν καταγράψει επανειλημμένα την παρουσία ορισμένων ανεξήγητων παρεμβολών μέσα στον σωλήνα του επιταχυντή. 

Τις ανωμαλίες αυτές η επιστημονική κοινότητα τις ονομάζει με τον όρο «UFO» (Unidentified Falling Objects), αναφερόμενη φυσικά όχι σε εξωγήινα σκάφη, αλλά σε αγνώστου ταυτότητας μικροσκοπικά αντικείμενα που πέφτουν στο κενό και διαταράσσουν τη ροή των σωματιδίων.

Αυτά τα μικροσκοπικά σωματίδια σκόνης, τα οποία εισέρχονται απρόσκλητα στη δέσμη των πρωτονίων και προκαλούν ξαφνικά γεγονότα απώλειας δέσμης, αποτελούσαν για αρκετά χρόνια ένα εξαιρετικά δυσεπίλυτο τεχνικό μυστήριο, δεδομένου ότι ο συγκεκριμένος εξοπλισμός είναι θεωρητικά θωρακισμένος από κάθε εξωτερική επιρροή. 

Ο επιταχυντής συντηρεί στο εσωτερικό του συνθήκες που δεν συναντώνται πουθενά αλλού στον πλανήτη, διατηρώντας θερμοκρασίες χαμηλότερες από εκείνες του βαθέος διαστήματος μέσω συστημάτων ψύξης με υγρό ήλιο και δημιουργώντας συνθήκες υπερ-υψηλού κενού, έτσι ώστε τα πρωτόνια να ταξιδεύουν απολύτως ανενόχλητα. Η συνεχής απορία των μηχανικών σχετικά με τη δύναμη που καταφέρνει να αποκολλήσει αυτούς τους ελάχιστους κόκκους σκόνης από τα μεταλλικά τοιχώματα βρίσκει πλέον μια ερμηνεία που ξεπερνά τα όρια της μηχανικής των υλικών και αγγίζει τα βαθύτερα μυστήρια της αστροφυσικής.

Η σύνδεση με τη μακροσκοπική Σκοτεινή Ύλη

Μια νέα δημοσίευση που έγινε πρόσφατα δεκτή στο έγκριτο περιοδικό Physical Review D από τους διακεκριμένους φυσικούς Xunyu Liang και Ariel Zhitnitsky του Πανεπιστημίου British Columbia στον Καναδά, προτείνει μια εξαιρετικά δομημένη ερμηνεία που συνδέει αυτά ακριβώς τα τεχνικά σφάλματα με τη Σκοτεινή Ύλη. Η αρχική παρατήρηση που προκάλεσε το επιστημονικό τους ενδιαφέρον αφορούσε την εκτίμηση ότι τα σωματίδια σκόνης που προκαλούν τις παρεμβολές στο εσωτερικό του LHC διαθέτουν μέγεθος της τάξης του μικρομέτρου, μια διάσταση που παραδόξως συμπίπτει με το μέγεθος μιας συγκεκριμένης υποθετικής μορφής Σκοτεινής Ύλης που οι δύο ερευνητές μελετούν συστηματικά, και η οποία είναι γνωστή ως Axion Quark Nuggets (AQNs).

Η αναζήτηση της Σκοτεινής Ύλης ταλαιπωρεί τη σύγχρονη φυσική διότι, ενώ οι παρατηρήσεις της βαρυτικής συμπεριφοράς των γαλαξιών καταδεικνύουν την ύπαρξή της πέραν πάσης αμφιβολίας, η συντριπτική πλειοψηφία των ερευνών είχε επικεντρωθεί για δεκαετίες στην αναζήτηση ασθενώς αλληλεπιδρώντων στοιχειωδών σωματιδίων (WIMPs). Ωστόσο, η απουσία συγκεκριμένων πειραματικών ευρημάτων προς αυτή την κατεύθυνση έχει στρέψει τη θεωρητική έρευνα σε εναλλακτικά μοντέλα όπως τα AQNs. 

Σε αντίθεση με τα στοιχειώδη σωματίδια, τα Axion Quark Nuggets περιγράφονται ως εξαιρετικά πυκνά, μακροσκοπικά αντικείμενα που δημιουργήθηκαν στα πρώτα στάδια εξέλιξης του Σύμπαντος και φέρουν μάζες που θα μπορούσαν να προσεγγίσουν ακόμα και το ένα κιλό. Αν και οι Καναδοί ερευνητές σκέφτηκαν αρχικά ότι τα ίδια τα UFOs του CERN θα μπορούσαν να είναι κομμάτια Σκοτεινής Ύλης, αντιλήφθηκαν γρήγορα ότι η ταύτιση του μεγέθους ήταν απλώς μια παραπλανητική σύμπτωση. Αυτή η διάψευση, ωστόσο, αποτέλεσε το έναυσμα για την ανάπτυξη μιας σημαντικά πιο τεκμηριωμένης υπόθεσης.

Ο μηχανισμός του ακουστικού κύματος

Σύμφωνα με το θεωρητικό τους μοντέλο, οι συσσωματώσεις Σκοτεινής Ύλης δεν αποτελούν τη σκόνη που πέφτει στον επιταχυντή, αλλά συνιστούν την αόρατη κινητήρια δύναμη που καταφέρνει να την αποκολλήσει από τα τοιχώματα του συστήματος, λειτουργώντας με έναν απολύτως μηχανικό τρόπο. Όταν ένα μακροσκοπικό κομμάτι AQN περάσει μέσα από τον φλοιό της Γης σε απόσταση δεκάδων χιλιομέτρων από τις κεντρικές εγκαταστάσεις του CERN, η ιλιγγιώδης διέλευσή του δημιουργεί αναπόφευκτα ένα εξαιρετικά ασθενές υπόγειο ακουστικό ωστικό κύμα.

Αυτή η απειροελάχιστη γεωλογική δόνηση ταξιδεύει μέσα από τους βραχώδεις σχηματισμούς, προσεγγίζει τον τεράστιο υπόγειο δακτύλιο των 27 χιλιομέτρων του LHC και προκαλεί έναν ανεπαίσθητο δομικό κραδασμό, ο οποίος διαθέτει την ακριβή συχνότητα που απαιτείται για να αποσπάσει τα μικροσκοπικά σωματίδια σκόνης ρίχνοντάς τα μέσα στη δέσμη των πρωτονίων. Οι ερευνητές παρομοιάζουν την όλη διαδικασία με την ελαφριά κρούση ενός τραπεζιού πάνω στο οποίο βρίσκεται ένα εξαιρετικά ευαίσθητο ελβετικό ρολόι, όπου η εξωτερική δόνηση μεταφέρεται αυτομάτως στα εσωτερικά μηχανικά μέρη προκαλώντας μια στιγμιαία αλλά καταγεγραμμένη αρρυθμία.

Το πλέον εντυπωσιακό στοιχείο αυτής της επιστημονικής πρότασης έγκειται στο γεγονός ότι δεν απαιτεί την παραμικρή κατασκευή νέων ανιχνευτών ή την κοστοβόρα αναβάθμιση του υφιστάμενου εξοπλισμού. Ο επιταχυντής διαθέτει από την πρώτη ημέρα λειτουργίας του ένα εξαιρετικά ευαίσθητο δίκτυο οθονών παρακολούθησης απώλειας δέσμης, σχεδιασμένο αποκλειστικά για την προστασία του συστήματος από βλάβες. Σύμφωνα με τους αυστηρούς υπολογισμούς των Liang και Zhitnitsky, το αποτύπωμα μιας τέτοιας διέλευσης θα παρήγαγε ηλεκτρονικά σήματα περίπου πέντε φορές ισχυρότερα από τον τυπικό θόρυβο υποβάθρου, επιτρέποντας την ασφαλή αναγνώρισή τους. Η απόλυτη επιβεβαίωση θα βασιζόταν στην ταυτόχρονη καταγραφή τριών ή περισσότερων συσχετισμένων γεγονότων UFO μέσα σε ένα αυστηρό χρονικό παράθυρο μόλις δύο δευτερολέπτων, σε διαδοχικά σημεία κατά μήκος της υπόγειας σήραγγας.