Materia întunecată, despre care fizicienii cred că are o pondere la nivelul Universului mai mare de cinci ori faţă de materia obişnuită, este prin definiţie invizibilă. Dar anumite caracteristici asociate cu materia întunecată ar putea fi detectabile, în conformitate cu mai multe teorii concurente care încearcă să descrie această materie misterioasă.
Cercetătorii de la MIT şi nu numai au dezvoltat acum un dispozitiv care ar putea testa unele dintre aceste previziuni şi astfel să dovedească, sau să infirme, unele dintre cele mai importante teorii care au fost emise în legătură cu materia întunecată.
Activitatea cercetătorilor este descrisă într-un articol din revista Physical Review Letters având drept coautori pe Richard Milner şi Peter Fisher, profesori de fizică în cadrul MIT, alături de alţi 19 cercetători.
„Noi căutăm un foton masiv", explică Milner. Aceasta poate părea o contradicţie de termeni: fotonii, sau particulele de lumină sunt cunoscuţi ca fiind lipsiţi de masă. De aceea ei se deplasează cu viteza luminii care, potrivit teoriei relativităţii a lui Einstein, este imposibil să fie atinsă de ceva ce posedă masă.
Fotografia arată un dispozitiv prototip proiectat de către echipa MIT pentru a produce un fascicul foarte subţire de electroni, de mare putere, în cadrul unui experiment denumit DarkLight. Aparatul a fost testat în cadrul Jefferson Naţional Accelerator Facility cu scopul de a confirma că acesta poate îndeplini cerinţele necesare pentru a detecta o particulă ipotetică ce ar rezulta ca urmare a unei teorii cu privire la natura materiei întunecate.
Cu toate acestea, o particulă exotică care seamănă cu un foton, dar care are masă, a fost propusă de către unii teoreticieni pentru a explica materia întunecată. Materia întunecată este o necunoscută, dar existenţa sa se poate deduce datorită atracţiei gravitaţionale pe care o exercită asupra materiei obişnuite, cum ar fi cazul galaxiilor care se rotesc şi se strâng împreună în grupuri de galaxii. În prezent, un experiment cunoscut sub numele de DarkLight şi dezvoltat de Fisher şi Milner, în colaborare cu cercetători de la Jefferson Naţional Accelerator Laboratory din Virginia şi alţi cercetători, va căuta un foton masiv având o valoare a energiei specifice postulată într-o anumită teorie despre materia întunecată, spune Milner.
Ideea reprezintă mai mult decât o simplă predicţie teoretică, adaugă el. Există unele indicii privind existenţa unei astfel de particule din alte experimente, ceea ce înseamnă că merită să încercăm să aflăm un răspuns definitiv. Dar indiciile anterioare, constând în ceea ce Milner a denumit „momentele anormale ale miuonului", nu prezintă o importanţă statistică. Experimentul DarkLight este proiectat pentru a oferi o confirmare a existenţei fotonului masiv.
În cazul în care acesta există, atunci ar fi o descoperire importantă, spune Milner. „Este total diferit de orice am înţeles în legătură cu lumea fizică", spune el. „Un foton masiv ar fi total diferit" de orice este permis a exista în conformitate cu modelul standard, piatra de temelie a fizicii moderne a particulelor, spune el.
Pentru a dovedi existenţa unor particule teoretice denumite A' noul experiment va folosi un accelerator de particule din cadrul Jefferson Lab care a fost reglat pentru a produce un fascicul foarte subţire de electroni având o putere de 1 MW. Aceasta este o putere foarte mare, spune Milner: „Orice material ai pune în calea sa, acesta va fi distrus de fascicul", spune el. Pentru comparaţie, el arată faptul că un cuptor fierbinte reprezintă o putere de 1 kW. „Puterea generată de noi este de o mie de ori mai mare ca aceasta", spune el şi este concentrată într-o milionime de metru.
În articolul publicat se arată că noul fascicul de electroni îndeplineşte condiţiile necesare pentru a detecta particula ipotetică sau mai degrabă pentru a detecta două particule care se dezintegrează într-un anumit mod precis care ne poate dezvălui existenţa acesteia. Cu toate acestea, pentru efectuarea experimentului este necesară o perioadă de până la doi ani pentru a pregăti şi testa echipamentele necesare testului, urmată de o altă perioadă de doi ani necesară pentru a înregistra datele obţinute în urma milioanelor de ciocniri dintre electroni. Şi toate acestea pentru a căuta o mică anomalie statistică.
„Aceasta reprezintă un efect minor", spune Milner, dar „ea poate avea consecinţe enorme în ceea ce priveşte teoriile şi înţelegerea noastră. Ar fi cu adevărat inovatoare în fizică".
Deşi scopul principal al experimentului DarkLight este de a căuta particulele A', el poate fi, de asemenea, util pentru a studia şi alte aspecte importante din fizică, declară Milner. El ar putea verifica o reacţie care are loc în interiorul stelelor şi prin care carbonul şi heliul fuzionează pentru a forma oxigen, un proces care ar explica cantitatea de oxigen care există în prezent în Univers.
„Aici este vorba despre un proces prin care toate s-au format", spune Milner şi viteza acestei reacţii determină cât de mult oxigen există. În timp ce viteza reacţiei este foarte greu să se măsoare, spune Milner, experimentul DarkLight ar putea permite înţelegerea acestui proces într-o manieră diferită: „Ideea este de efectua reacţia invers". În loc de a fuziona atomii pentru a se forma oxigenul, experimentul ar direcţiona fasciculul puternic de electroni către o ţintă de oxigen, determinând-o să se dividă în carbon şi heliu. În acest fel, spune Milner, s-ar putea determina, într-un mod indirect, care este viteza de formare a stelelor.
Roy Holt, din cadrul departamentului de fizică al Argonne National Laboratory din Illinois, spune că acest experiment reprezintă un „nou progres tehnic semnificativ care nu doar oferă o altă posibilitate prin care se pot căuta particule noi, dar, de asemenea, permite efectuarea de noi studii din cadrul fizicii nucleare". Dacă experimentul planificat va detecta particulele A' atunci, spune el, „acesta ar fi un indiciu că materia întunecată chiar poate fi studiată în laborator".
Traducere de Cristian-George Podariu după dark-mysteries.
