Ένα πείραμα της τελευταίας στιγμής μπορεί να αποκαλύψει τη σκοτεινή ύλη

Πηγή: NewScientist, 28 Ιανουαρίου 2007

Ο επιταχυντής σωματιδίων HERA στη Γερμανία είναι έτοιμος να κλείσει τον Ιούνιο, αλλά ένας φυσικός κάνει τώρα εκστρατεία ώστε ο HERA να έχει μια τελευταία αποστολή. Ο τελευταίος σχυρίζεται ότι θα μπορούσε να ανακαλύψει ένα σωματίδιο το οποίο θεωρείται από πολλούς πως αποτελεί την απαρατήρητη σκοτεινή ύλη, που αποτελεί τον κύριο όγκο της μάζας του σύμπαντος.

Το εν λόγω σωματίδιο είναι το άξιον (axion) και είχε προταθεί το 1977 για να λύσει ένα πρόβλημα με την ισχυρή πυρηνική δύναμη, Αυτές τώρα οι υποθετικές οντότητες θεωρούνται σαν ισχυροί υποψήφιοι για την σκοτεινή ύλη, επειδή έχουν πολύ λίγη μάζα και αλληλεπιδρούν ελάχιστα με την ύλη.

Ένας από τους πιο μεγάλους υπαινιγμούς για την ύπαρξη του προήλθε από το πείραμα PVLAS στο Εθνικό Εργαστήριο Legnaro στην Ιταλία. Τον περασμένο Ιούλιο, η ομάδα PVLAS ανήγγειλε μια μικρή μετατόπιση στην πόλωση μιας ακτίνας λέιζερ η οποία πέρασε μέσω ενός ισχυρού μαγνητικού πεδίου. Η μετατόπιση ήταν 10.000 φορές μεγαλύτερη από όσο αναμενόταν από την Καθιερωμένη Φυσική, αλλά θα μπορούσε να εξηγηθεί μόνο εάν ένα μικροσκοπικό μέρος των φωτονίων από το λέιζερ είχε μετατραπεί σε αξιόνια.

Εντούτοις, το Ηλιακό Τηλεσκόπιο Αξιονίων (CAST) του CERN κοντά στη Γενεύη, που ψάχνει για τα αξιόνια που παράγονται στον ήλιο, έχει αποτύχει να επιβεβαιώσει το αποτέλεσμα του PVLAS. "Η κοινότητα των αξιονίων διεγείρεται ακόμα από το αποτέλεσμα του PVLAS, αλλά χρειάζεται και την ανεξάρτητη πειραματική επαλήθευση," λέει ο εκπρόσωπος του CAST Κωνσταντίνος Ζιούτας από το πανεπιστήμιο Πάτρας στην Ελλάδα. "Εάν κάποιος βρήκε άμεσα στοιχεία που δείχνουν σωματίδια σαν τα αξιόνια από το πείραμα PVLAS, τότε και οι δύο ομάδες θα άξιζαν το βραβείο Νόμπελ," λέει.

Τώρα ο Krzysztof Piotrzkowski του Καθολικού Πανεπιστημίου της Λουβαίν στο Βέλγιο προτείνει να κάνει ακριβώς αυτό. Και το περισσότερο, θα ήταν ένας φτηνός κι εύκολος τρόπος για να δούμε αν ήταν αξιόνια πράγματι μέσα σε μια εβδομάδα, ισχυρίζεται.

Η ιδέα του Piotrzkowski είναι να χρησιμοποιηθούν συσκευές που ήδη είναι σε λειτουργία στον κυκλικό επιταχυντή Αδρονίων-Ηλεκτρονίων (HERA) στο Αμβούργο. στον HERA, παράγεται μια έντονη ακτίνα φωτονίων ως υποπροϊόν του επιταχυντή. Αυτή η ακτίνα περνά μέσω του ισχυρού μαγνητικού πεδίου του HERA, το οποίο τρέχει παράλληλα με το ηλεκτρικό πεδίο των φωτονίων. Σύμφωνα με τη θεωρία, εάν η ενέργεια της ακτίνας των φωτονίων είναι πολύ μεγαλύτερη από την ισοδύναμη μάζα που προβλέπεται για τα αξιόνια, κάποια από τα φωτόνια θα μετατραπούν σε αξιόνια, λέει ο Piotrzkowski.

Για να απομονώσει όμως τα αξιόνια, προτείνει μια ασπίδα από μόλυβδο 50 εκατοστών που θα εμπόδιζε τα φωτόνια αλλά θα άφηνε να διαδοθούν τα αξιόνια μέσα της. Μόλις βγουν τα αξιόνια από το μόλυβδο, μερικά θα επανέλθουν πίσω προς φωτόνια, τα οποία μπορούν έπειτα να ανιχνευθούν.

Δυστυχώς, ο επιταχυντής HERA οφείλει να κλείσει στο τέλος του Ιουνίου, κι έτσι αυτό που προτείνει ο Piotrzkowski πρέπει να γίνει τώρα ή ποτέ. "Το πείραμα θα μπορούσε θεωρητικά να πραγματοποιηθεί και σε άλλους επιταχυντές, αλλά με μεγάλες τροποποιήσεις στη διάταξη, που δεν είναι στην πράξη εφικτή", λέει.

Ο Ζιούτας λέει ότι η μέθοδος του Piotrzkowski θα μπορούσε να δώσει μια άμεση δοκιμή για τα αξιόνια, αλλά δεν είναι πεπεισμένος ότι μπορεί να παραγάγει τα οριστικά αποτελέσματα μέσα σε μια εβδομάδα. "Σαν πειραματιστής, μπορώ να σας βεβαιώσω, ότι υποτιμάμε πάντα το χρονικό διάστημα που απαιτείται κατά έναν παράγοντα 10, συμπεριλαμβανόμενης και της προπαρασκευαστικής εργασίας", συμπληρώνει ο Ζιούτας.

Εν τω μεταξύ, οι διευθυντές του HERA εξετάζουν την πρόταση του Piotrzkowski. "Ενδιαφερόμαστε βεβαίως για την αναζήτηση αξιονίων και είναι κάτι που θα μπορούσαμε να κάνουμε", λέει ο Manfred Fleischer του DESY, το γερμανικό ερευνητικό κέντρο που τρέχει το HERA. "Μόνο που είναι ατυχία ότι ακούμε αυτήν την πρόταση τόσο κοντά στο τέλος της λειτουργίας. Θα είναι πολύ, πολύ δύσκολο να εναρμονιστεί στο πρόγραμμά μας."

Ο Piotrzkowski λέει ότι το HERA έχει βοηθήσει να επιβεβαιωθούν πολλές από τις προβλέψεις του καθιερωμένου μοντέλου της φυσικής, αλλά μέχρι τώρα δεν είχε κάποια θεαματικά αποτελέσματα", λέει. "Εάν βρεθούν μέσα σε αυτό τα αξιόνια τότε θα δοξαζόταν".