Τρεις τρόποι για να ανακαλύψουμε την σκοτεινή ύλη

Ο κόσμος που βλέπουμε είναι ενσωματωμένος σε έναν αόρατο κοσμικό ιστό σκοτεινής ύλης – μια φαινομενική μορφή ύλης που δεν εκπέμπει φως και σπάνια προσκρούει στα ορατά πράγματα. Παρόλο που κανείς δεν έχει παρατηρήσει ποτέ άμεσα τη μυστηριώδη ουσία, οι επιστήμονες έχουν δει κάποια σημεία της ύπαρξής της, επειδή η βαρύτητά τους έλκει την συνηθισμένη ύλη – τα πράγματα από τα οποία είμαστε φτιαγμένοι. Στην πραγματικότητα, φαίνεται η σκοτεινή ύλη να είναι το ικρίωμα πάνω στο οποίο είναι κατασκευασμένοι οι γαλαξίες. Χωρίς τη σκοτεινή ύλη, η οποία είναι πενταπλάσια από την κανονική βαρυονική ύλη, το σύμπαν θα φαινόταν τελείως διαφορετικό: ούτε εμείς ούτε ο Γαλαξίας μας θα είμαστε εδώ γύρω σήμερα.

 Όλα όσα μπορείτε να δείτε είναι κατασκευασμένα από φυσιολογική ύλη … αλλά αυτό είναι μόνο το 4% του σύμπαντος. Μάθετε πώς οι φυσικοί αναζητούν την αόρατη «σκοτεινή ύλη», που οι επιστήμονες πιστεύουν ότι συγκρατούν τους γαλαξίες.

Η καλύτερη εικασία των ερευνητών είναι ότι η σκοτεινή ύλη, όπως και η κανονική ύλη, είναι κατασκευασμένη από θεμελιώδη σωματίδια. Οι δημοφιλείς υποψήφιοι για σωματίδια σκοτεινής ύλης περιλαμβάνουν τα λεγόμενα WIMPs: ασθενώς αλληλεπιδρώντα σωματίδια με μάζα. Τα WIMP πιστεύεται ότι αλληλεπιδρούν με την άλλη ύλη τόσο σπάνια ώστε δισεκατομμύρια από αυτά μπορεί να πετάξουν μέσα από το σώμα μας κάθε δευτερόλεπτο χωρίς να τα παρατηρήσουμε.

 

Οι κυνηγοί της σκοτεινής ύλης σε όλο τον κόσμο ακολουθούν τρεις προσεγγίσεις για να αναζητήσουν τα δακτυλικά αποτυπώματα των φανταστικών WIMP: στην επιφάνεια της Γης, στα βάθη της Γης και στο διάστημα.  

 

1. Αντιμετώπιση στα Εργαστήρια

Οι επιταχυντές σωματιδίων είναι ένας τρόπος αναζήτησης των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης. Σε αυτές τις αγωνιστικές πίστες υψηλής ταχύτητας, τα σωματίδια της κανονικής ύλης κερδίζουν τεράστια ποσά ενέργειας και στη συνέχεια την απελευθερώνουν σε μικρές αλλά βίαιες συγκρούσεις σωματιδίων, δημιουργώντας πιθανώς εξωτικά νέα σωματίδια που σχετίζονται με τη σκοτεινή ύλη. Οι ερευνητές στον επιταχυντή SLAC συμμετέχουν σε δύο διαφορετικά πειράματα σύγκρουσης που αναζητούν σκοτεινή ύλη.

 

Συμμετέχουν στο πείραμα ATLAS, το οποίο χρησιμοποιεί τον ισχυρότερο επιταχυντή σωματιδίων στον κόσμο, τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων στο CERN, για να προσπαθήσουν να δημιουργήσουν σωματίδια σκοτεινής ύλης. Αναζητούν επίσης σημάδια μιας «σκοτεινής δύναμης» μεταξύ σωματιδίων σκοτεινής ύλης με το πείραμα Heavy Photon Search στο Jefferson Lab στη Βιρτζίνια.

 

2. Σε υπόγειους ανιχνευτές

Αν και τα σωματίδια σκοτεινής ύλης δεν συμπαθούν πολύ την αλληλεπίδραση με τον ορατό κόσμο μας, οι επιστήμονες ελπίζουν να τα καταλάβουν όταν αυτά κάνουν μια περιστασιακή σύγκρουση με την κανονική ύλη. Αυτή η αναζήτηση απαιτεί εξαιρετικά ευαίσθητους ανιχνευτές που βρίσκονται χιλιάδες μέτρα κάτω από την επιφάνεια της Γης, όπου προστατεύονται από τις ‘χιονοθύελλες’ ανεπιθύμητων σημάτων από άλλα σωματίδια.

 

Οι κυνηγοί σκοτεινής ύλης στο εργαστήριο SLAC συμμετέχουν σε τέσσερα τέτοια υπόγεια πειράματα: Το SuperCDMS στη Μινεσότα. το προγραμματισμένο διάδοχο πείραμά του, SuperCDMS-SNOLAB στον Καναδά. το LUX και το μελλοντικό LUX-ZEPLIN στη Νότια Ντακότα.

 

3. Αναζητώντας τα ίχνη τους στο διάστημα

Ένας τρίτος τρόπος να μάθεις περισσότερα για τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης είναι να προσέχεις για τα ίχνη τους στο διάστημα. Εάν δύο σωματίδια σκοτεινής ύλης WIMPs συγκρούονται στο διάστημα, θα μπορούσαν να εξουδετερώσουν το ένα το άλλο, με την εξαΰλωση τους. Όταν γίνει  αυτό, μπορούν να εκπέμψουν ακτίνες γάμμα – την πιο ενεργητική μορφή φωτός.

 

Με το διαστημικό τηλεσκόπιο Fermi Gamma-ray, ένα διαστημικό σκάφος που περιστρέφεται πάνω από τη γήινη ατμόσφαιρα σε υψόμετρο 600 km, οι επιστήμονες του εργαστηρίου SLAC αλλά και άλλοι φυσικοί, αναζητούν τέτοια σήματα που να προέρχονται από περιοχές γνωστές ότι είναι πλούσιες σε σκοτεινή ύλη, συμπεριλαμβανομένου και του κέντρου του Γαλαξία μας και των μικρών γειτονικών του γαλαξιών.

via