Υπάρχουν τελικά τα WIMP's;

Μιά ανακοίνωση της ομάδας επιστημόνων που εργάζονται σε ένα υπόγειο εργαστήριο στο Gran Sasso της Ιταλίας, γιά ένα πείραμα που λέγεται DAMA, αντιμετωπίστηκε με σκεπτικισμό από την ομάδα ερευνητών του Πανεπιστημίου Stanford στο Berkeley.

Dark MatterΣυγκεκριμένα, η ιταλική ομάδα DAMA, που καθοδηγείται από την Rita Bernabei του Πανεπιστημίου της Ρώμης, παρουσίασε τα ευρήματα της γύρω από την ύπαρξη των σωματιδίων WIMP (ασθενώς αλληλεπιδρώντα σωματίδια με μάζα), σε ένα συνέδριο για την σκοτεινή ύλη του Σύμπαντος που έγινε στην Καλιφόρνια. Η ομάδα αυτή ισχυρίζεται ότι στα πειράματά της ανίχνευσε WIMP's, που έχουν μάζα μεταξύ 44 έως 62 GeV. Αν επιβεβαιωθούν τα αποτελέσματα της, θα έχουν αφάνταστη συνέπεια για την σωματιδιακή Φυσική και την Κοσμολογία.

Κατά τους ερευνητές του Stanford, σε 13 πιθανές περιπτώσεις ανίχνευσης σωματιδίων WIMP, οι περισσότερες πρέπει να προκλήθηκαν από συνηθισμένα σωματίδια, π.χ., νετρόνια, και άρα τα αντίστοιχα αποτελέσματα από τα ιταλικά πειράματα δεν είναι πειστικά. Πάντως, ο Pierluigi Belli από το Πανεπιστήμιο της Ρώμης τόνισε το γεγονός ότι η συχνότητα με την οποία εντοπίστηκαν γεγονότα WIMP και στο Stanford και στην Ιταλία ήταν ανάλογη, και αυτό πρέπει να προβληματίσει, διότι δεν μπορεί να είναι τυχαίο.

Αλλά ποιά είναι τα σωματίδια WIMP's που αποτελούν όπως τόσα άλλα, αντικείμενα σκεπτικισμού;

Τα σωματίδια αυτά είναι μία οικογένεια από βαρέα ουδέτερα σωματίδια, που το κύριο υποψήφιο μέλος της είναι το νετραλίνο (neutralino), με μάζα μεταξύ 20 GeV/c2  έως 1000 GeV/c2. Είναι ένα σωματίδιο που προβλέπεται από την θεωρία της υπερσυμμετρίας (SUSY), που είναι μία προέκταση του Καθιερωμένου Προτύπου.
Στην υπερσυμμετρία όλα τα σωματίδια του Καθιερωμένου Προτύπου έχουν αντίστοιχα (superpartners) σωματίδια. Για παράδειγμα τα φερμιόνια --quarks και λεπτόνια-- έχουν σαν superpartners τα μποζόνια --φωτόνια, W+, W-, Z0-- και αντίστοιχα τα μποζόνια που μεταφέρουν τις θεμελιώδεις δυνάμεις έχουν σαν superpartners τα λεπτόνια.
Το ηλεκτρόνιο με βάση την υπερσυμμετρία σαν φερμιόνιο έχει αντίστοιχο μποζόνιο το υποθετικό "selectron", ενώ το φωτόνιο σαν λεπτόνιο έχει αντίστοιχο μποζόνιο το υποθετικό φερμιόνιο "φωτίνο".
Οι θεωρητικοί φυσικοί διαθέτουν μιά τεράστια λίστα κι άλλων υποθετικών WIMP's, με εξωτικά ονόματα όπως βαρυτίνα, φωτίνα και Higgs-ίνα. Δεν γνωρίζουμε αν πραγματικά υπάρχουν, όμως αν υπάρχουν παίζουν βαρύνοντα ρόλο στη μάζα της σκοτεινής ύλης.
Γιατί πιστεύεται πως τα σωματίδια αυτά είναι συνολικά μέρος της σκοτεινής ύλης του σύμπαντος, μαζί με τα νετρίνα, τα Higgs κι άλλα πολλά σωματίδια. Αποτελούν υπολείμματα της μεγάλης έκρηξης, και δεν συμπεριλαμβάνονται στο Καθιερωμένο Πρότυπο ή Μοντέλο της Φυσικής.
Υποθέτουν οι φυσικοί πως οι γαλαξίες είναι εμβαπτισμένοι σε συγκεντρώσεις αργά κινουμένων WIMP's που έχουν τη μορφή σταγόνων. Οι ταχύτητες τους μπορεί να είναι της τάξης χιλιάδων km/s. Καθώς το ηλιακό μας σύστημα κινείται μέσα στο Γαλαξία, διασχίζει  αυτή την θάλασσα των σωματιδίων με ταχύτητα των 220 km/s και έτσι κάθε χιλιόγραμμο της ύλης της Γης, θα μπορούσε να σκεδάζει κάθε ημέρα περίπου 1000 WIMP's. 

Πειράματα

Τα WIMP's σπανίως αντιδρούν με τη συνηθισμένη ύλη και γι'αυτό πολύ δύσκολα ανιχνεύονται. Στο πείραμα DAMA που γίνεται στο Gran Sasso σε βάθος 1400m, τοποθετήθηκαν 100kg άκρως καθαρού NaI (Ιωδιούχου Νάτριου). Το έδαφος πάνω από το NaI το προστατεύει έτσι από την επαφή με τις κοσμικές ακτίνες. Με τον τρόπο αυτό ο ανιχνευτής δεν επηρεάζεται από τις πηγές ακτινοβολίας υποβάθρου, και μπορεί έτσι να συλλάβει τις αντιδράσεις των WIMP's με τους πυρήνες του Ι, στο κρύσταλλο του NaI.
Με το πείραμα αυτό κατόρθωσαν να ανιχνεύσουν μικρο-διαφορές στην σύλληψη σωματιδίων κατά τη διάρκεια των τελευταίων τριών χρόνων.
Δεν έχουν όμως όλες οι ερευνητικές ομάδες ανιχνεύσει κάποιο σήμα. Έτσι η Αμερικανική ομάδα Cryogenic Dark Matter Search (CDMS) ανακοίνωσε ότι δεν έχει καμμιά ένδειξη για τα σωματίδια WIMP's, στα πειράματά της. Συνολικά υπάρχουν δέκα ομάδες που ασχολούνται με την ανακάλυψη των σωματιδίων αυτών.
Δείτε και τα σχετικά άρθρα
Ενδιαφέρουσες ιστοσελίδες
Σελίδα για το 4ο Διεθνές Συνέδριο για την ανίχνευση της σκοτεινής ύλης.
Σελίδα για το εργαστήριο του Gran Sasso
Hepwww Σελίδα για την σκοτεινή ύλη και τα πειράματα WIMP στην Αγγλία.
Home