Σκοτεινή Ύλη: Το πιο ευαίσθητο πείραμα δεν εντόπισε τίποτα... και αυτό είναι καλό νέο

Μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις της σύγχρονης Φυσικής, η ανακάλυψη της Σκοτεινής Ύλης, παραμένει άλυτη. Παρ’ όλα αυτά, τα πιο πρόσφατα αποτελέσματα από τον ανιχνευτή LUX-ZEPLIN (LZ) που βρίσκεται στη Νότια Ντακότα, επιβεβαιώνουν ότι οι επιστήμονες πλησιάζουν στα όριά της. Κι ενώ δεν υπήρξε ανίχνευση, το αποτέλεσμα είναι εξαιρετικά σημαντικό: η ερευνητική ομάδα κατάφερε να θέσει τα αυστηρότερα όρια μέχρι σήμερα στην πιθανότητα αλληλεπίδρασης των αποκαλούμενων WIMPs – των ασθενώς αλληλεπιδρώντων σωματιδίων που θεωρούνται κορυφαίοι υποψήφιοι για τη φύση της Σκοτεινής Ύλης.

Το πείραμα πραγματοποιείται σε έναν ιδιαίτερα προστατευμένο χώρο, ένα εγκαταλελειμμένο ορυχείο χρυσού, περίπου ενάμιση χιλιόμετρο κάτω από την επιφάνεια της Γης. Εκεί, ο LZ χρησιμοποιεί σχεδόν 7 τόνους υγρού ξένου, ένα βαρύ και διαυγές χημικό στοιχείο, ιδανικό για την καταγραφή εξαιρετικά σπάνιων αλληλεπιδράσεων. Ο λόγος που βρίσκεται τόσο βαθιά είναι η ανάγκη προστασίας από την κοσμική ακτινοβολία και άλλους εξωτερικούς "θορύβους" που θα μπορούσαν να αλλοιώσουν τα δεδομένα.

Η ερευνητική ομάδα ανέλυσε δεδομένα που συλλέχθηκαν σε διάστημα 280 ημερών και δημοσίευσε τα αποτελέσματα στο περιοδικό Physical Review Letters. Οι μετρήσεις δεν κατέγραψαν σημάδια WIMPs, όμως το γεγονός αυτό επέτρεψε στους επιστήμονες να περιορίσουν ακόμη περισσότερο τα περιθώρια ύπαρξής τους. Συγκεκριμένα, βελτιώθηκε σχεδόν πέντε φορές το όριο που καθορίζει πόσο συχνά αυτά τα σωματίδια θα μπορούσαν να αλληλεπιδρούν με την κανονική ύλη.

«Αν παρομοιάσουμε την αναζήτηση σκοτεινής ύλης με το ψάξιμο για έναν θαμμένο θησαυρό, έχουμε φτάσει σχεδόν πέντε φορές πιο βαθιά από οποιονδήποτε άλλο», δήλωσε ο Scott Kravitz από το Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Όστιν, αναπληρωτής συντονιστής του πειράματος. «Και δεν το καταφέραμε με ένα εκατομμύριο φτυάρια, αλλά εφευρίσκοντας ένα νέο εργαλείο».

Οι επιστήμονες γνωρίζουν εδώ και δεκαετίες πως υπάρχει κάτι πέρα από την ορατή ύλη που ασκεί βαρυτική επίδραση στο Σύμπαν – από τις τροχιές των γαλαξιών μέχρι τη δομή του κοσμικού ιστού. Το τι ακριβώς είναι αυτή η Σκοτεινή Ύλη παραμένει μυστήριο, με τα WIMPs να είναι από τις επικρατέστερες θεωρητικές υποθέσεις. Τα σωματίδια αυτά, αν υπάρχουν, θα ήταν σχεδόν αόρατα – δεν θα αλληλεπιδρούσαν με το φως και θα περνούσαν αθόρυβα μέσα από την ύλη, εκτός ίσως από σπάνιες στιγμές όπου θα συγκρούονταν με βαριά άτομα όπως αυτά του ξένου.

Σε μια καινοτομία που εφαρμόστηκε για πρώτη φορά, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια τεχνική γνωστή ως “salting”, κατά την οποία πρόσθεσαν τεχνητά ψεύτικα σήματα WIMPs στα δεδομένα, χωρίς να γνωρίζουν ποια είναι αυτά. Ο στόχος ήταν να αποφευχθεί η ασυνείδητη προκατάληψη και να διατηρηθεί η επιστημονική αυστηρότητα. Όπως εξηγεί ο Scott Haselschwardt από το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν, «υπάρχει πάντα η ανθρώπινη τάση να βλέπουμε μοτίβα εκεί που δεν υπάρχουν. Αν πρόκειται να κάνουμε μια ανακάλυψη, πρέπει να είμαστε απολύτως βέβαιοι».

Ο Haselschwardt τόνισε πως το LZ έχει πλέον αποδείξει ότι είναι το πιο ευαίσθητο πείραμα στον κόσμο για Σκοτεινή Ύλη με μάζα πάνω από 10 GeV – περίπου δέκα φορές τη μάζα ενός πρωτονίου. «Για να το καταλάβουμε καλύτερα: αποκλείσαμε την ύπαρξη Σκοτεινής Ύλης που θα αλληλεπιδρούσε μία φορά κάθε τέσσερις χιλιετίες με ένα κιλό ξένου».

Η ερευνητική ομάδα δεν σκοπεύει να σταματήσει εδώ. Σύμφωνα με την Amy Cottle από το University College London, στόχος είναι να συνεχιστεί η συλλογή δεδομένων για τουλάχιστον άλλα δύο χρόνια, με προοπτική να εντοπιστούν όχι μόνο WIMPs αλλά και άλλα σπάνια φαινόμενα της Φυσικής. Η ευαισθησία του ανιχνευτή ανοίγει νέες δυνατότητες για αναζητήσεις σε αχαρτογράφητα εδάφη.

Όπως αναφέρει χαρακτηριστικά ο Haselschwardt, «είμαστε στη φάση όπου αναζητούμε σκοτεινή ύλη σε περιοχές που κανείς δεν έχει εξερευνήσει ποτέ. Και αυτό είναι εξαιρετικά συναρπαστικό».

[via]