Energia intunecata. Conceptie artistDoar în jur de 5% din Univers este format din materie obişnuită, pe când restul este constituit din substanţe misterioase, denumite materie întunecată şi energie întunecată. Până acum oamenii de ştiinţă nu au reuşit să detecteze materia şi energia întunecate, în ciuda câtorva decenii de căutări. Dar trăim vremuri incitante! Două noi cercetări au reuşit să îngusteze aria căutărilor semnificativ.

 




Materia întunecată a fost propusă cu mai mult de 70 de ani în urmă pentru a explica de ce forţa gravitaţională a clusterelor de galaxii este mult mai puternică decât era de aşteptat. Dacă aceste clustere ar conţine doar stelele şi gazul observate, gravitaţia ar trebui să fie mult mai mică - ceea ce i-a făcut pe cercetători să avanseze ipoteza unei noi forme de materie, pe care nu o putem vedea. Materia întunecată ar furniza masă suplimentară acestor structuri cosmice enorme, crescând astfel forţa lor gravitaţională.

 

 

WIMP - candidatul de serviciu pentru a explica materia întunecată

Principalul candidat pentru a explica materia întunecată l-a constituit o particulă ipotetică intitulată WIMP (Weakly Interacting Massive Particle - particulă masivă ce interacţionează slab).

Pentru a determina natura materiei întunecate fizicienii au căutat dovezi ale interacţiunii WIMP cu materia. Dacă ipoteza WIMP este corectă, particulele de materie întunecate ar putea fi detectate aici pe Pământ, ca urmare a împrăştierii lor în urma coliziunii cu nucleele atomice sau electronii. Coliziunea unui WIMP de una dintre particulele menţionate ar duce la producerea unor fotoni, pe care i-am putea observa.

Unul dintre cele mai importante proiecte de cercetare aflate în derulare se desfăşoară în cadrul XENON100, care tocmai a prezentat ultimele rezultate obţinute. Detectorul este localizat subteran (pentru a reduce interferenţele cu razelor cosmice), în laboratorul Gran Sasso, Italia. El este format dintr-un container cu 165 kg de xenon lichid, care este purificat pentru a minimiza contaminarea. Materialul detector este înconjurat de tuburi de fotomultiplicatori pentru a capta lumina de la eventuale interacţiuni ale WIMP.

Rezultatele obţinute de XENON100 arată că nu există nicio dovadă a interacţiunii WIMP cu electronii. Deşi este un rezultat negativ, acesta elimină diverse teorii care prezic interacţiunea frecventă dintre materia întunecată şi electroni.

Printre altele, rezultatele experimentale de la XENON100 lămuresc suspiciunile existente cu privire la afirmaţii privind descoperirea materiei întunecate în cadrul proiectului DAMA / LIBRA, Italia.


În căutarea "cameleonilor"

Energia întunecată explică observaţiile noastre privind faptul că Universul se află într-o expansiune accelerată. Spre deosebire de materia obişnuită, energia întunecată manifestă o "presiune" negativă, adică se manifestă prin respingere, îndepărtând galaxiile. Unul dintre cei mai promiţători candidaţi pentru a explica energia întunecată este aşa-numitul "câmp cameleon".

Influenţa câmpului cameleon depinde de mediu. La scară mică densitatea materiei este mare, iar cameleonii scapă detectoarelor noastre. În schimb în spaţiu, unde densitatea materiei este mult mai mică, câmpul cameleon poate genera accelerarea Universului.

Până acum experimentele au fost efectuate doar în cadrul unor acceleratoare relativ mari, dar care nu au reuşit să detecteze cameleoni.

Recent s-a propus utilizarea unui interferometru atomic, operat la scări microscopice, pentru a căuta cameleoni. Acest echipament constă dintr-o cameră vidată care conţine atomi independenţi şi care simulează condiţiile de densitate scăzută din spaţiul cosmic.

 


Camera vidată din cadrul unui interferometru atomic



Cercetătorii au pus în practică această idee pentru prima oară. Experimentul constă în următoarele:
:: sunt lăsaţi să cadă atomi de cesiu deasupra unei sfere de aluminiu
:: se folosesc lasere pentru a măsura forţele ce se exercită asupra atomilor aflaţi în cădere.

Rezultatul? Nu s-a identificat nicio forţă generată de cameleoni. Asta înseamnă că dacă aceste particule, cameleonii, există, atunci interacţionează mult mai slab decât s-a crezut, reducând aria de cercetare de o mie de ori.

Ambele studii menţionate mai sus arată cum experimentele de laborator ar putea răspunde unor întrebări fundamentale privind natura Universului. Dar, mai important, ne dau speranţe că într-o zi vom descoperi ce constituie aceste substanţe care alcătuiesc 95% din Univers.

Traducere după The search for ‘dark matter’ and ‘dark energy’ just got interesting