Παράξενα σήματα στο «απόλυτο μηδέν»: Ένα βήμα πιο κοντά στη Σκοτεινή Ύλη;

Η Σκοτεινή Ύλη, η μυστηριώδης ουσία που εκτιμάται ότι αποτελεί το 85% της μάζας του Σύμπαντος, παραμένει αόρατη και απρόσιτη. Δεν εκπέμπει ούτε απορροφά φως, αφήνοντας στους επιστήμονες μόνο έμμεσες ενδείξεις για την ύπαρξή της. Εδώ και δεκαετίες, φυσικοί σε όλο τον κόσμο κατασκευάζουν ανιχνευτές, αναπτύσσουν νέες θεωρίες και επενδύουν τεράστιους πόρους στην προσπάθεια να τη συλλάβουν. Μέχρι σήμερα, καμία απόπειρα δεν έχει προσφέρει άμεση απόδειξη.

Τώρα, μια διεθνής ερευνητική συνεργασία με επικεφαλής το University of Zurich και το Hebrew University of Jerusalem παρουσιάζει το QROCODILE, έναν νέο ανιχνευτή υπερυψηλής ευαισθησίας που ίσως ανοίγει ένα εντελώς καινούριο παράθυρο στη σκοτεινή πλευρά του Σύμπαντος. Τα πρώτα αποτελέσματα δείχνουν ανεξήγητα σήματα, που αν και δεν μπορούν ακόμη να αποδοθούν με βεβαιότητα στη Σκοτεινή Ύλη, θέτουν νέα όρια στην κατανόηση της αλληλεπίδρασής της με την κοινή ύλη.

Το QROCODILE, ακρωνύμιο για το Quantum Resolution-Optimized Cryogenic Observatory for Dark matter Incident at Low Energy, στηρίζεται σε υπεραγώγιμους ανιχνευτές που λειτουργούν σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν. Η τεχνολογία αυτή του επιτρέπει να καταγράφει εναποθέσεις ενέργειας τόσο μικρές όσο 0,11 ηλεκτρονιοβόλτ – εκατομμύρια φορές χαμηλότερες από τις ενεργειακές κλίμακες που μετρούνται σε πειράματα σωματιδιακής φυσικής.

Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να ελέγχει την ύπαρξη εξαιρετικά ελαφρών σωματιδίων Σκοτεινής Ύλης, με μάζες χιλιάδες φορές μικρότερες από εκείνες που έχουν εξεταστεί μέχρι σήμερα. Για τους φυσικούς, πρόκειται για έναν νέο πειραματικό ορίζοντα, με δυνατότητα να δοκιμαστούν θεωρίες που μέχρι τώρα ήταν απρόσιτες.

Σε μια δοκιμαστική περίοδο που διήρκεσε πάνω από 400 ώρες, οι ερευνητές κατέγραψαν έναν μικρό αριθμό ασυνήθιστων γεγονότων. Τα σήματα αυτά δεν μπορούν να θεωρηθούν ακόμη αποδείξεις για Σκοτεινή Ύλη. Είναι πιθανό να προέρχονται από κοσμικές ακτίνες ή από φυσική ακτινοβολία του περιβάλλοντος. Ωστόσο, το γεγονός και μόνο ότι καταγράφηκαν, επέτρεψε στους επιστήμονες να θέσουν τα πιο αυστηρά όρια που έχουν υπάρξει ποτέ στην αλληλεπίδραση «ελαφριάς» Σκοτεινής Ύλης με ηλεκτρόνια και ατομικούς πυρήνες.

Ένα από τα ισχυρά πλεονεκτήματα του QROCODILE είναι η δυνατότητα να ανιχνεύει όχι μόνο την ύπαρξη σήματος, αλλά και την κατεύθυνσή του. Καθώς η Γη κινείται μέσα στο γαλαξιακό φωτοστέφανο, τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης θα έπρεπε να εμφανίζουν προτίμηση σε συγκεκριμένη κατεύθυνση. Η δυνατότητα να διακρίνεται αυτό το μοτίβο θα επιτρέψει στους επιστήμονες να ξεχωρίσουν τα αληθινά σήματα από τον τυχαίο «θόρυβο». Μελλοντικές αναβαθμίσεις του ανιχνευτή υπόσχονται να ενισχύσουν αυτήν ακριβώς τη δυνατότητα.

Η καθηγήτρια Yonit Hochberg του Racah Institute of Physics στο Hebrew University, που ηγείται του προγράμματος, επισημαίνει:

Για πρώτη φορά, καταφέραμε να τοποθετήσουμε νέους περιορισμούς στην ύπαρξη ιδιαίτερα ελαφρών σωματιδίων Σκοτεινής Ύλης. Πρόκειται για ένα κρίσιμο πρώτο βήμα που ανοίγει τον δρόμο για μεγαλύτερα πειράματα και, ίσως, για την πολυπόθητη άμεση ανίχνευση.

Το επόμενο στάδιο του έργου, με την ονομασία NILE QROCODILE, θα αναπτύξει ακόμη πιο ευαίσθητους ανιχνευτές. Το πείραμα θα μεταφερθεί σε υπόγειες εγκαταστάσεις, ώστε να θωρακιστεί από τις κοσμικές ακτίνες που μολύνουν τα δεδομένα. Η ομάδα σχεδιάζει επίσης μεγαλύτερες συστοιχίες ανιχνευτών και χαμηλότερα κατώφλια ενέργειας, επεκτείνοντας έτσι το φάσμα των δυνατοτήτων τους.

Παρά τα εντυπωσιακά αυτά αποτελέσματα, η Σκοτεινή Ύλη παραμένει απρόσιτη, ένα αόρατο πέπλο που περιβάλλει το σύμπαν. Ωστόσο, το QROCODILE δείχνει ότι η πρόοδος είναι εφικτή και ότι η ανθρώπινη επινοητικότητα μπορεί να μετατρέψει το σχεδόν αδύνατο σε επιστημονική πραγματικότητα.

[via]