Detectorul de materie întunecată din cadrul proiectului Xenon, Gran Sasso, Italia
În cadrul proiectului de cercetare Xenon din cadrul laboratorului subteran italian de la Gran Sasso, Italia, detectorul de materie întunecată (Xenon1T) a măsurat mai multe evenimente decât se aştepta, pe baza calculelor privind semnalele din mediu. Ar putea fi indicii ale unor noi tipuri de particule sau, situaţie mai puţin spectaculoasă, fluctuaţii statistice. Dacă prima variantă s-ar dovedi corectă, ar putea fi cea mai importantă descoperire în fizică de la descoperirea accelerației cosmice.
Vânătoarea de particule de materie întunecată sau a particulelor care nu fac parte din modelul standard al fizicii particulelor elementare (sau care, dacă fac parte, au proprietăţi neaşteptate) continuă, cercetătorii dorind cu îndârjire să descopere semnale care să pună bazele unei noi teorii a fizicii.
Materia întunecată este prezentă, se crede, pretutindeni în univers, fiind de 5-6 ori mai multă decât materia pe care o vedem şi pe care, mai mult sau mai puţin, o cunoaştem şi care formează galaxiile şi tot ceea ce reuşim să măsurăm cu aparatele noastre. Această materie întunecată, se crede, ar fi formată din particule care nu emit lumină şi, deci, sunt invizibile telescoapelor noastre.
Pentru a reuşi să „vedem” aceste particule au fost puse la punct două mari clase de experimente: la acceleratoarele de particule unde se încearcă să se genereze particule de materie întunecată în urma coliziunii fasciculelor de mare energie şi în laboratoare subterane unde se încearcă să se măsoare particule de materie întunecată care ajung pe Terra din univers şi generează semnale în detectoare.
Din această a doua categorie fac parte mai multe experimente derulate în laboratorul subteran italian din Gran Sasso – LNGS. Sub munte, acoperite de 1.400 metri de stâncă, echipamentele sunt extrem de sensibile, întrucât semnalele generate de particule care nu au nimic de-a face cu materia întunecată, precum razele cosmice sau radioactivitatea ambientală, sunt reduse extrem de mult.
Proiectul Xenon se bazează pe 163 de cercetători din 28 de instituții din 11 țări. În cadrul unuia dintre experimentele de la LNGS, Xenon1T (care constă într-un container cu 3,5 tone de xenon lichid răcit la -95°C), s-a identificat recent un exces de evenimente care este extrem de interesant şi ar putea fi cauzat de noi particule.
Xenon1T este un echipament care funcţionează, așa cum spuneam, pe bază de xenon lichid şi un detector aşa-numit TPC (Time Projection Chamber); particulele exotice identificate de detector duc la formarea unor semnale electrice care indică prezenţa materiei întunecate.
Există însă, cum spuneam mai înainte, şi un număr de semnale de fond, care corespund unor particule bine-cunoscute şi care poate fi calculat. Xenon1T a calculat acest număr pentru perioada de achiziţie de date căreia îi corespunde analiza despre care vă relatez, şi acesta ar trebui să fie 232 evenimente. Au măsurat 52 de evenimente în plus!
Nu sunt multe şi ar putea să fie încă vorba despre o fluctuaţie statistică (adică să fie explicate totuşi ca evenimente de fond), însă cercetătorii au început să viseze şi la alte scenarii.
O ipoteză care corespunde tipologiei de evenimente în exces este aceea conform căreia evenimentele identificate ar fi datorate axionilor solari.
Axionii sunt particule care au fost propuse în cadrul unor teorii care rezolvă o serie de probleme din cadrul fizicii nucleare. Până în prezent nu a fost observat nici un axion, deci dacă Xenon1T ar fi măsurat într-adevăr axioni - aceasta ar fi o mare descoperire!
Altă ipoteză care ar putea explica excesul de evenimente este o proprietate exotică a neutrinilor: un moment magnetic al acestora mai mare decât se aştepta în cadrul teoriei modelului standard, ceea ce ar reprezenta o dovadă (în plus) că modelul standard trebuie înlocuit de o nouă teorie.
Nu ştim deocamdată dacă excesul de evenimente, cele 52 în plus, sunt datorate unor procese exotice. Tocmai din acest motiv în cadrul proiectului Xenon se lucrează în prezent la punerea la punct a unui nou instrument, XenoNnT, care este mai mare decât actualul detector, şi care va fi instalat la Gran Sasso până la sfârşitul lui 2020. După ce vor începe măsurătorile vom şti dacă au fost descoperite semnalele unei lumi ascunse sau, dimpotrivă, totul poate fi încă explicat în cadrul modelului standard. Evident, cercetătorii speră că în sfârşit au întrezărit primele semnale ale feţei ascunse a universului.
