LUX: Ο πιο ευαίσθητος ανιχνευτής της σκοτεινής ύλης στον κόσμο απέτυχε να την εντοπίσει

Το πείραμα με τον ανιχνευτή LUX (Large Underground Xenon) έχει ολοκληρώσει τη σιωπηλή αναζήτηση του για την απώλεια της ύλης του σύμπαντος.

Η ευαισθησία του LUX ξεπέρασε κατά πολύ τους στόχους του προγράμματος, ανέφεραν οι επιστήμονες, αλλά δεν απέδωσε κανένα ίχνος ενός σωματιδίου σκοτεινής ύλης. Η ακραία ευαισθησία του LUX δίνει στην ομάδα των επιστημόνων, την πεποίθηση ότι αν τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης είχαν αλληλεπιδράσει με τον LUX, ο ανιχνευτής είναι σχεδόν βέβαιο ότι θα το είχε..δει. 

Αυτό επιτρέπει στους επιστήμονες να εξαλείψουν με βεβαιότητα, πολλά πιθανά μοντέλα για τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης, προσφέροντας κρίσιμη καθοδήγηση για την επόμενη γενιά των πειραμάτων σκοτεινής ύλης.
Ο LUX (Large Underground Xenon), για 20 μήνες «κυνηγούσε» σωματίδια σκοτεινής ύλης από ένα ορυχείο 1.500 μέτρα κάτω από την επιφάνεια του εδάφους στη Νότια Ντακότα των ΗΠΑ.

Ο ανιχνευτής LUX (Large Underground Xenon) στοίχισε 10 εκατομμύρια δολάρια, ενώ περίπου 100 επιστήμονες από 20 και πλέον πανεπιστήμια και ινστιτούτα από όλο τον κόσμο επιβλέπουν τη λειτουργία και παίρνουν μέρος στην ανάλυση των δεδομένων.
Ο ανιχνευτής σκοτεινής ύλης LUX, περιβάλλεται απo αισθητήρες φωτός, που μπορούν να ανιχνεύσουν την εκπομπή ενός μόνο φωτονίου. Αυτοί οι αισθητήρες έχουν σχεδιαστεί για να συλλάβουν τη μικρή λάμψη του φωτός που εκπέμπεται όταν ένα σωματίδιο σκοτεινής ύλης αλληλεπιδρά με τα άτομα ξένου. Credit: Matt Kapust/ Sanford Underground Research Facility

Αν και αρκετοί ερευνητές ήταν αρκετά αισιόδοξοι για την πορεία του πειράματος, τα δεδομένα που συγκεντρώθηκαν από τον Οκτώβριο του 2014 έως τον Μάιο του 2016 δεν κατέληξαν σε κάποιο θετικό αποτέλεσμα, όπως ανακοινώθηκε σε διεθνές συνέδριο στη Βρετανία με θέμα τη σκοτεινή ύλη.

Παρόλο που η σκοτεινή ύλη αντιστοιχεί στο 85% περίπου της ύλης στο σύμπαν, είναι δύσκολο να εντοπισθεί καθώς δεν εκπέμπει ούτε απορροφά ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, όπως για παράδειγμα φως. Ωστόσο, η παρουσία της «προδίδεται» από την επίδραση που ασκεί μέσω της βαρύτητάς της στη συμβατική ύλη και σε κοσμικές δομές όπως τα σμήνη γαλαξιών, που δεν κινούνται όπως ακριβώς προβλέπει η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας.

Αυτή η ασυμφωνία θα μπορούσε να οφείλεται στο γεγονός ότι η Γενική Σχετικότητα δεν περιγράφει αξιόπιστα τη βαρύτητα. Ωστόσο, με δεδομένο πως η θεωρία του Άλμπερτ Αϊνστάιν συμφωνεί με τις υπόλοιπες παρατηρήσεις, οι περισσότεροι επιστήμονες υποστηρίζουν πως η αίτια είναι η σκοτεινή ύλη, η οποία αλληλεπιδρά βαρυτικά με τη συμβατική και επηρεάζει την κίνηση των σμηνών γαλαξιών.

Το πείραμα LUX δημιουργήθηκε για να ελέγξει έναν από τους βασικότερους «υποψήφιους» για τη φύση της σκοτεινής ύλης, δηλαδή ένα υποθετικό είδος σωματίων που ονομάζονται «ασθενώς αλληλεπιδρώντα βαρέων σωματιδίων» (WIMP). Έτσι, το βασικό εξάρτημα του ανιχνευτή είναι ένα δοχείο με 368 κιλά υγρού ξένου, στη θερμοκρασία των -101 βαθμών Κελσίου, το οποίο περιβάλλεται από μία δεξαμενή 270 κυβικών μέτρων νερού.

Με βάση τη σχεδίαση του πειράματος, τα WIMP που θα κατέληγαν στο δοχείο θα αντιδρούσαν με τα άτομα ξένου μεταβάλλοντας την τροχιά των ηλεκτρονίων τους, με συνέπεια να αλλάξουν το φορτίο τους. Ωστόσο, τα δεδομένα δεν έδειξαν να συνέβη κάτι τέτοιο στους 20 μήνες λειτουργίας του ανιχνευτή, αφού από την ανάλυση των μετρήσεων από τους αισθητήρες δεν προέκυψαν σήματα που να υποδηλώνουν μεταβολές φορτίου.

Σύμφωνα πάντως με τον Τσαμ Γκχαγκ,, καθηγητή φυσικής και αστρονομίας στο Πανεπιστημιακό Κολέγιο του Λονδίνου ο οποίος συμμετείχε στο LUX, η έκβαση του πειράματος δεν σημαίνει πως ήταν άχρηστο.

«Το αρνητικό αποτέλεσμα είναι σημαντικό, επειδή περιορίζει τα θεωρητικά μοντέλα για την πιθανή φύση της σκοτεινής ύλης, αλλάζοντας επομένως το τοπίο», σημειώνει στην ιστοσελίδα της αγγλικής έκδοσης του περιοδικού Wired.

Την ίδια στιγμή, σε άλλα σημεία του κόσμου, βρίσκονται σε εξέλιξη αρκετά ακόμη πειράματα για το «κυνήγι» της σκοτεινής ύλης. Ένα από αυτά, το XENON1T, διεξάγεται στη γειτονική Ιταλία, στα έγκατα του βουνού Γκραν Σάσσο, σε ένα παλιό ορυχείου που καλύπτεται από 1.400 μέτρα ορεινού όγκου.

Εκεί, τον περασμένο Νοέμβριο ξεκίνησε να λειτουργεί ο πιο ευαίσθητος ανιχνευτής που κατασκευάστηκε ποτέ, έχοντας 40 φορές μεγαλύτερη ευαισθησία από τον Large Underground Xenon (LUX). Επομένως, πολλαπλασιάζει τις πιθανότητες να καταφέρουν τελικά οι επιστήμονες να ρίξουν «φως» στη σκοτεινή ύλη.

Το μοντέλο WIMP, «παραμένει ζωντανό και βιώσιμο», δήλωσε ο Gaitskell,  φυσικός στο Πανεπιστήμιο Brown . Και η σχολαστική δουλειά των επιστημόνων του LUX θα βοηθήσει σε μελλοντικά πειράματα άμεσης ανίχνευσης.

"Με το LUX ήταν ένας αγώνας κατά τα τελευταία τρία χρόνια για να πάρουμε την πρώτη απόδειξη για ένα σήμα της σκοτεινής ύλης. Θα πρέπει τώρα να περιμένουμε και να δούμε αν η νέα πορεία φέτος στο LHC θα παρουσιάσει ενδείξεις σωματιδίων σκοτεινής ύλης, ή αν η ανακάλυψη θα παρουσιαστεί στην επόμενη γενιά μεγαλύτερων άμεσων ανιχνευτών. " είπε.

Μεταξύ αυτών των πειραμάτων επόμενης γενιάς θα είναι το πείραμα LUX-ZEPLIN (LZ), που θα αντικαταστήσει τον LUX στην εγκατάσταση Sanford (Sanford Underground Research Facility).

«Οι καινοτομίες του πειράματος LUX αποτελούν τη βάση για το πείραμα LZ", δήλωσε ο Χάρι Νέλσον, του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στη Σάντα Μπάρμπαρα, και εκπρόσωπος του LZ. "Αναμένουμε με τον LZ να επιτευχθεί 70 φορές η ευαισθησία του LUX", πρόσθεσε.

"Η παγκόσμια έρευνα για την σκοτεινή ύλη έχει ως στόχο να απαντήσει σε θεμελιώδη ερωτήματα σχετικά με τη σύνθεση του σύμπαντος μας. Είμαστε υπερήφανοι για την υποστήριξη της συνεργασίας LUX και να τους συγχαρώ για την επίτευξη αυτού του υψηλότερου επιπέδου ευαισθησίας», δήλωσε ο Mike Headley, εκτελεστικός διευθυντής του SDSTA.

 "Ανυπομονούμε να φιλοξενήσουμε το πείραμα LUX-ZEPLIN (LZ), το οποίο θα παρέχει άλλο ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός όσον αφορά την ευαισθησία."

Η επιστημονική συνεργασία LUX, το οποίο υποστηρίζεται από το DOE και το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, περιλαμβάνει 20 ερευνητικά πανεπιστήμια και τα εθνικά εργαστήρια στις Ηνωμένες Πολιτείες, το Ηνωμένο Βασίλειο και την Πορτογαλία.

Κατά τη διάρκεια των επόμενων μηνών, οι επιστήμονες του LUX θα συνεχίσουν να αναλύουν τα κρίσιμη δεδομένα που ο LUX ήταν σε θέση να παράσχει, με την ελπίδα να βοηθήσουν μελλοντικά πειράματα και τελικά να αντιληφθούν ένα σωματίδιο σκοτεινής ύλης.

"Ο LUX έχει κάνει πολύ περισσότερα όσον αφορά την ευαισθησία και την αξιοπιστία του από ό, τι περιμέναμε ποτέ να κάνει», είπε ο Gaitskell. "Εμείς πάντα θέλουμε περισσότερο χρόνο με τους ανιχνευτές μας, αλλά ήρθε η ώρα να πάρουμε τα διδάγματα από τον LUX και να τα εφαρμόσουμε στην μελλοντική αναζήτηση για την σκοτεινή ύλη."
thecuriosityofcat
25/7/2016

0 σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου