Βρέθηκε το σωματίδιο της σκοτεινής ύλης αξιόνιο;

Οι φυσικοί του υπόγειου ανιχνευτή XENON1T στην Ιταλία, ανακοίνωσαν ότι το πείραμά τους έχει «πιάσει» ένα ανεξήγητο σήμα, που μπορεί να αποτελεί την πρώτη ένδειξη της ύπαρξης του αξιόνιου, του έως τώρα υποθετικού σωματιδίου της σκοτεινής ύλης. Αν αυτό επαληθευθεί – πράγμα που μένει να φανεί- τότε θα πρόκειται για μια ιστορική ανακάλυψη στη σύγχρονη Φυσική, η οποία επιτέλους θα φωτίσει τη μυστηριώδη σκοτεινή ύλη που αποτελεί το 85% της μάζας στο σύμπαν, αλλά η φύση της παραμένει άγνωστη μέχρι σήμερα.

Παρόλο που στην πραγματικότητα δεν έχει γίνει ανακοίνωση κάποιας επιστημονικής ανακάλυψης, επικρατεί μεγάλη έξαψη στην κοινότητα των σωματιδιακών φυσικών διεθνώς. «Αυτό που λέμε, είναι ότι υπάρχει κάτι στον ανιχνευτή μας που κανείς δεν περίμενε και προς το παρόν κανένας δεν ξέρει περί τίνος πραγματικά πρόκειται», δήλωσε ο φυσικός του αμερικανικού Πανεπιστημίου Πέρντιου Ράφαελ Λανγκ, μέλος της διεθνούς ερευνητικής ομάδας του XENON1T. ‘Αλλοι επιστήμονες εμφανίζονται επιφυλακτικοί, καθώς η ιστορία της σκοτεινής ύλης είναι γεμάτη ελπίδες που στη συνέχεια διαψεύστηκαν.

Ο ανιχνευτής ΧΕΝΟΝ 1Τ στο Εθνικό Εργαστήριο Γκραν Σάσο της Ιταλίας, που λειτούργησε από το 2016 έως πέρυσι, ευρισκόμενος σε μεγάλο βάθος κάτω από την επιφάνεια του εδάφους, είναι γεμάτος με ένα τόνο από πολύ καθαρό υγροποιημένο ξένον. Η ανίχνευση γίνεται, όταν τα άτομα του υγρού αλληλεπιδρούν με άλλα σωματίδια που διαπερνούν το «ρεζερβουάρ» του υπόγειου ανιχνευτή. Όταν αυτό συμβαίνει, δημιουργούνται μικρές λάμψεις φωτός και ελεύθερα ηλεκτρόνια.

Οι περισσότερες αλληλεπιδράσεις, γνωστές και ως «συμβάντα», γίνονται με γνωστά σωματίδια, όμως τώρα – κάτι που συνέβη για πρώτη φορά- οι επιστήμονες είδαν έναν υπερβάλλοντα αριθμό τέτοιων συμβάντων, μεγαλύτερο του αναμενομένου (285 αντί 232, δηλαδή 53 περισσότερα) και μάλιστα ίσως να μην προέρχονταν από γνωστά σωματίδια όπως τα νετρίνα. Υπάρχουν τρεις πιθανές εξηγήσεις γι’ αυτό και η μία -που θεωρείται η πιθανότερη- αφορά το έως τώρα υποθετικό σωματίδιο αξιόνιο που είχε προταθεί θεωρητικά ήδη από τη δεκαετία του 1970. Μια δεύτερη εξήγηση σχετίζεται με την πιθανή «μόλυνση» του ανιχνευτή από τρίτιο (ένα ραδιενεργό ισότοπο του υδρογόνου, που παράγεται στο εσωτερικό του ανιχνευτή), ενώ μια τρίτη εξήγηση είναι ότι το ανεξήγητο σήμα προήλθε από νετρίνα που αλληλεπιδρούν με τα μαγνητικά πεδία με τρόπο πιο ισχυρό του αναμενομένου.

Οι ερευνητές, οι οποίοι έκαναν τη σχετική προδημοσίευση στο Arxiv, σύμφωνα με το “Science” και το BBC, ήδη εργάζονται για την αναβάθμιση του ανιχνευτή τους σε XENOnNT, ώστε να περιέχει περισσότερους τόνους υγρού. Αν το αρχικό αυτό σήμα προέρχεται όντως από το αξιόνιο της σκοτεινής ύλης, τότε λογικά αυτό θα πρέπει να επιβεβαιωθεί από ένα ισχυρότερο ανιχνευτή. Παράλληλα, βρίσκονται σε εξέλιξη ανάλογα πειράματα στις ΗΠΑ και την Κίνα.

Η σκοτεινή ύλη έχει αυτό το όνομα όχι μόνο επειδή παραμένει ένα μυστήριο, αλλά επειδή δεν αντανακλά ούτε εκπέμπει φως. Μέχρι σήμερα υπάρχουν μόνο έμμεσες ενδείξεις για την ύπαρξη της (κυρίως η βαρυτική επίδραση της στους γαλαξίες), αλλά δεν έχει βρεθεί κάποιο σωματίδιο που να σχετίζεται με αυτήν.

Υπάρχουν διάφορες σχετικές επιστημονικές θεωρίες και η επικρατούσα αφορά το «ασθενώς αλληλεπιδρόν σωματίδιο με μάζα» (WIMP). Όμως η αναζήτηση του τελευταίου για πάνω από μια δεκαετία από τον ανιχνευτή Xenon, απέβη άκαρπη. Ο αναβαθμισμένος ανιχνευτής XENON1T, που ήταν πιο ευαίσθητος στις σωματιδιακές αλληλεπιδράσεις, αναζήτησε και άλλα υποψήφια σωματίδια της σκοτεινής ύλης με μικρότερη μάζα, όπως τα αξιόνια, τα οποία μπορεί να προέρχονται είτε από την αρχική «Μεγάλη Έκρηξη» (Μπιγκ Μπανγκ) στο σύμπαν, είτε από πρόσφατες πυρηνικές αντιδράσεις μέσα στον Ήλιο, γι’ αυτό λέγονται και «ηλιακά αξιόνια».