Πείραμα με μαγνητικό πεδίο εμφανίζει ότι θα μείωνε την ενέργεια ενός άστρου

Πηγή: Science, Ιούλιος 2006

Είναι ένα ταπεινό πείραμα: για να δουν τι επιπτώσεις έχει ένα μαγνητικό πεδίο στο πολωμένο φως ενός λέιζερ. Και η περιστροφή που είδαν οι ερευνητές ήταν μικροσκοπική, μόνο το 1 προς 100.000 της μιας μοίρας. Εάν όμως το αποτέλεσμα είναι αληθινό, τότε οι επιπτώσεις είναι τεράστιες. Σύμφωνα με τους ερευνητές στην Ιταλία όπου πραγματοποιήθηκε το πείραμα, αυτή η μικρή περιστροφή στην ακτίνα -- το αποτέλεσμα της εξαφάνισης των φωτονίων -- προτείνει την ύπαρξη ενός μικρού, που ποτέ μέχρι τώρα δεν το είδαμε, ουδέτερου σωματιδίου το οποίο, εάν υπάρχει στα αστέρια, θα μείωνε σταδιακά όλη την ενέργειά τους.

Ακόμη και οι θεωρητικοί που διαπιστώνουν ότι αυτό το εξεζητημένο σενάριο αγωνίζεται για να εξηγήσει την εξαφάνιση των φωτονίων. "Είμαι δύσπιστος για την ερμηνεία του σωματιδίου", λέει ο θεωρητικός φυσικός Georg Raffelt του Ινστιτούτου Max Planck για τη φυσική στο Μόναχο. "Αλλά δεν υπάρχει καμία άλλη προφανής εξήγηση."

Η καθιερωμένο φυσική προβλέπει μια πολύ μικρή περιστροφή στην πόλωση μιας ακτίνας μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο λόγω των συνηθισμένων σωματιδίων που αναδύονται μέσα και από το κενό. Αλλά όταν οι ερευνητές στο πείραμα PYLAS στο Legnaro, όπου βρίσκεται το Εθνικό Εργαστήριο της Ιταλίας για την Πυρηνική Φυσική άνοιξαν το μαγνήτη ισχύος 5 tesla το 2000, είδαν αμέσως μια περιστροφή 10.000 φορές μεγαλύτερη από όσο αναμενόταν, λέει το μέλος του PYLAS Giovanni Cantatore του πανεπιστημίου της Τεργέστης. Η περιστροφή προκαλείται από την απώλεια ενός μικρού αριθμού φωτονίων των οποίων το ηλεκτρικά πεδία ευθυγραμμίζονται με το μαγνητικό πεδίο. Αυτή η εκλεκτική εξαφάνιση είναι αυτό που θα έβλεπαν οι φυσικοί εάν τα ελλείποντα φωτόνια μετατρέπονταν σε ουδέτερα σωματίδια με σχεδόν το 1 δισεκατομμυριοστό της μάζας των ηλεκτρονίων.

"Εάν θεωρείτε το σήμα ότι είναι πραγματικό, τότε η ερμηνεία είναι ένα νέο σωματίδιο", λέει ο θεωρητικός φυσικός Andreas Ringwald του DESY, Κέντρο Φυσικής Σωματιδίων της Γερμανίας κοντά στο Αμβούργο. Αλλά ο Ringwald νομίζει ότι οι περισσότεροι φυσικοί θεωρούν ότι η περιστροφή προέρχεται από κάποιο μικρό αίτιο των οργάνων. Η ομάδα PYLAS έχει περάσει 5 χρόνια ψάχνοντας τέτοια συστηματικά αποτελέσματα: Έχουν περιστρέψει και έχουν μειώσει το μαγνητικό πεδίο, πρόσθεσαν αέρα στο κενό σύστημά τους, και έχουν αλλάξει τη συχνότητα του λέιζερ. "Όλο αυτό τον χρόνο έχουμε προσπαθήσει να κάνουμε το σήμα να αλλάξει", λέει ο Cantatore. Αλλά δεν το έχουν καταφέρει. Η ομάδα στο PVLAS δεν υποστηρίζει ότι έχει ανακαλύψει ένα νέο σωματίδιο. "Είναι σημαντικό να είμαστε προσεκτικοί", τονίζει ο Cantatore. Η εργασία τους αναφέρεται στο Physical Review Letters.

"Είναι πολύ σοβαροί, πολύ ικανοί άνθρωποι", αναφέρει ο Pierre Sikivie του πανεπιστημίου της Φλόριδας στο Gainesville, που ψάχνει επίσης τα νέα σωματίδια με τα μαγνητικά πεδία. Όμως έχει μια πολύ υπομονετική προσέγγιση, επειδή οι επιπτώσεις θα ήταν "επαναστατικές".

Το σωματίδιο στο πείραμα PYLAS, εάν υπάρχει, έχει τις ίδιες δυνατότητες ενός αξιονίου, ένα υποθετικό σωματίδιο που μερικοί κοσμολόγοι προτείνουν ότι είναι η αόρατη ελλείπουσα σκοτεινή ύλη - που αποτελεί ένα μεγάλο κομμάτι της μάζας του σύμπαντος. Εντούτοις, το σωματίδιο που προτείνεται από το πείραμα PYLAS δεν είναι αυτό που οι θεωρητικοί νομίζουν σαν αξιόνιο. Γιατί συνδέεται τόσο ισχυρά με τα φωτόνια που τα πειράματα της αναζήτησης των αξιονίων, που  αυτήν την περίοδο γίνονται σε όλη την υδρόγειο, θα έπρεπε να τα είχαν δει να προέρχονται από τον ήλιο. Ένα τέτοιο δε ρεύμα των αόρατων σωματιδίων έξω στο διάστημα θα απορροφούσε την ενέργεια από ένα αστέρι (από το οποίο θα προερχόταν) μέσα σε μερικές χιλιάδες χρόνια. Αλλά ξέρουμε ότι τα αστέρια, συμπεριλαμβανομένου και του ήλιου μας, ότι ζουν δισεκατομμύρια χρόνια.  Ο Raffelt λέει ότι το σωματίδιο PYLAS θα χρειαζόταν "τρελές ιδιότητες" για να ταιριάξει με τους αστροφυσικούς περιορισμούς, αλλά δεν υπάρχει κανένας θεμελιώδης λόγος ότι δεν μπορούν να συμπεριφερθούν με αυτό τον τρόπο.

Η συνεργασία PYLAS προγραμματίζει να θέσει το ζήτημα σε ένα πείραμα που περιλαμβάνει δύο μαγνήτες, που να χωρίζονται από έναν τοίχο. Στην μια πλευρά, ένα μέρος μιας ακτίνας λέιζερ θα μετατρεπόταν σε μια ροή σωματιδίων PYLAS, η οποία θα περνούσε κατ' ευθείαν μέσω του τοίχου. Από την άλλη πλευρά, ο δεύτερος μαγνήτης θα μετέτρεπε μερικά από τα σωματίδια πίσω σε φωτόνια, με ένα ρυθμό ένα κάθε 2 δευτερόλεπτα, προβλέπει ο Cantatore. Ο Ringwald προτείνει ένα παρόμοιο πείραμα στο DESY, καθώς στο Κέντρο Πυρηνικών Μελετών και Ερευνών (CERN), το ευρωπαϊκό εργαστήριο φυσικής σωματιδίων κοντά στη Γενεύη, εξετάζει επίσης ένα τέτοιο πείραμα.

Αν και οι περισσότεροι φυσικοί αμφιβάλλουν για την πραγματικότητα αυτού του σωματιδίου, οι φυσικοί είναι περίεργοι να δουν από που έρχεται. "Οι άνθρωποι θέλουν να δώσουν στην άποψη αυτή μια δίκαιη ευκαιρία", λέει ο Sikivie. "Εάν αποδειχθεί αληθινό, τότε θα είναι μια θεωρητική πρόκληση για εξήγηση, αλλά και μια ευκαιρία."