Leslie Rosenberg şi colegii săi se pregătesc să meargă la vânătoare. Ţinta lor: o particulă elementară dedusă teoretic, dar care nu a fost observată niciodată, denumită axion. Căutarea acesteia va fi efectuată cu ajutorul unui detector recent modernizat, extrem de sensibil, care se află în prezent într-o fază de testare la Center for Experimental Nuclear Physics and Astrophysics al University of Washington.
Leslie Rosenberg (dreapta) şi Gray Rybka, fizicieni în cadrul University of Washington, verifică partea premontată din ansamblul experimental şi poziţionarea sa deasupra unui magnet superconductor de dimensiuni mari, două componente principale ale detectorului folosit în experimentul denumit Axion Dark Matter Experiment. Componentele au fost asamblate la mijlocul lunii octombrie a anului 2013 şi au fost coborâte în interiorul magnetului (dreapta jos) pentru a se putea începe faza de punere în funcţiune a detectorului.
Credit: Mary Levin/University of Washington.
Axionul a fost propus pentru prima oară de către fizicieni la sfârşitul anilor '70 ca o soluţie a unei probleme dintr-o teorie numită cromodinamica cuantică. Puţine lucruri se cunosc cu certitudine despre axion. Se pare că acesta interacţionează gravitaţional cu materia, dar se pare că nu ar manifesta vreo altă formă de interacţiune.
Încă din anii '30 oamenii de ştiinţă au crezut că trebuie să existe o materie nevăzută, dar masivă, un fel de lipici gravitaţional care împiedică ca galaxiile aflate în mişcare de rotaţie să se destrame. Axionii, în cazul în care aceştia există cu adevărat, constituie unii dintre cei mai buni candidaţi pentru particulele ce compun materia întunecată rece care ar acţiona sub forma acelui lipici gravitaţional.
Se crede că materia întunecată reprezintă un sfert din toată masa din Univers. Cu toate acestea, deoarece axionii reacţionează atât de puţin şi reacţiile pe care aceştia sunt susceptibili a le produce sunt la fel de slabe, ceea ce face ca identificarea lor să fie dificilă.
„Noi avem, probabil, cel mai sensibil detector de axioni în funcţiune", a spus Rosenberg. „El încearcă să surprindă interacţiunea incredibil de slabă dintre axion şi radiaţia electromagnetică".
Axion Dark Matter Experiment are ca obiectiv căutarea axionilor materiei întunecate rece din haloul galaxiei Calea Lactee prin detectarea procesului foarte slab prin care axionii se transformă în fotoni din domeniul microundelor.
Detectorul este format dintr-un magnet puternic care înconjoară un receptor sensibil de microunde care este suprarăcit la o temperatură de 4,2 grade Kelvin sau de aproximativ -452 grade Fahrenheit (-269 grade Celsius). O astfel de temperatură foarte scăzută reduce zgomotul termic şi creşte foarte mult şansa ca detectorul să poată observa procesul prin care axionii se transformă în fotoni din gama microundelor.
Receptorul de microunde poate fi reglat cu precizie în funcţie de masa axionului, ceea ce creşte, de asemenea, şansa de a detecta o interacţiune dintre axioni şi câmpul magnetic al detectorului. O astfel de interacţiune ar depune o cantitate minusculă de energie electromagnetică în receptor care ar putea fi înregistrată de calculatoarele care monitorizează funcţionarea detectorului.
Şi în trecut s-a încercat identificarea axionilor, dar în prezent există un mai mare interes pentru Axion Dark Matter Experiment datorită unor evenimente recente care au avut loc în acest domeniu de cercetare. Cel mai notabil dintre acestea este că acceleratorul de particule Large Hadron Collider aflat lângă Geneva, Elveţia, care a fost lăudat pentru descoperirea misteriosului boson Higgs în anul 2012, nu a găsit dovezi care să susţină teoria supersimetriei, care a fost propusă pentru explicarea unor neconcordanţe între teoriile fizicii particulelor.
În lipsa unor dovezi privind teoria supersimetriei, se încearcă separarea activităţii de căutare a materiei întunecate de cercetarea dedicată teoriei supersimetriei, a spus Rosenberg, astfel încât cea mai nouă versiune a Axion Dark Matter Experiment prezintă interes pentru cercetători. „Acest experiment este similar cu a căuta acul în carul cu fân. Odată ce vom găsi acul, ne putem opri imediat", a mai afirmat Rosenberg. „L-am putea găsi în prima noastră săptămână de culegere a datelor, în ultima noastră săptămâna de culegere a datelor sau niciodată".
Montajul detectorului a fost finalizat la începutul lui octombrie 2013 iar echipa a început faza de punere a sa în funcţiune care poate dura săptămâni sau luni şi care implică testarea şi reglarea echipamentului. Apoi vânătoarea de axioni va începe în mod serios.
Printre colaboratorii acestei cercetări se enumeră Lawrence Livermore National Laboratory; National Radio Astronomy Observatory; University of California, Berkeley; University of Sheffield din Marea Britanie; University of Florida şi Yale University. Cercetarea este finanţată de Department of Energy.
Traducere de Cristian-George Podariu după shot-dark-detector cu acordul editorului
