Νέα πειράματα δεν βρίσκουν κανένα σημάδι για το άξιον

Πηγή: Science News, 19 Οκτωβρίου 2007

Πέρυσι, οι φυσικοί ανέφεραν ότι είδαν σε ένα πολύ δύσκολο πείραμα ίχνη του άξιον, ένα υποθετικό υποατομικό σωματίδιο που έχει αναφερθεί ως πιθανό συστατικό της κοσμικής σκοτεινής ύλης. Αλλά το άξιον παρουσιαζόταν εκεί όπου η θεωρία έπρεπε να μην είναι. Και τώρα φαίνεται σαν να μην ήταν εκεί τελικά.

Το άξιον ξεπήδησε από μια προσπάθεια να εξηγηθούν ορισμένες διαφορές μεταξύ των ισχυρών και ασθενών πυρηνικών δυνάμεων. Οι κοσμολόγοι κατέληξαν στο άξιον επειδή οι ιδιότητές του το έκαναν ένα εύλογο συστατικό της σκοτεινής ύλης, το αθέατο υλικό που ξεπερνά σε βάρος κατά πολύ τη συνηθισμένη ύλη στον Κόσμο.

Το 2000, ο Giovanni Cantatore και οι συνάδελφοί του στο Ιταλικό Εθνικό Ίδρυμα Πυρηνικής Φυσικής ερευνούσαν τη συμπεριφορά των φωτονίων από μια φωτεινή ακτίνα λέιζερ μέσω ενός ισχυρού μαγνητικού πεδίου. Παρατήρησαν ότι η πόλωση του φωτός μετατοπίστηκε ελαφρώς μόλις πέρασε από το πεδίο - κάτι που δεν ήταν το φαινόμενο που έψαχναν.

Η ομάδα υπέθεσε ότι η μετατόπιση της πόλωσης θα μπορούσε να έχει προκύψει από το μαγνητικό πεδίο μετατρέποντας κάποια από τα φωτόνια της ακτίνας λέιζερ σε αξιόνια, τα οποία δεν θα μπορούσαν έπειτα να ανιχνευθούν. Αλλά η μετατόπιση που είδαν οι ερευνητές, ενώ ήταν μικροσκοπική, ήταν πολύ μεγαλύτερη από όσο οι φυσικοί ΄θεωρούσαν σαν πιθανή. Εάν ένα τέτοιο φαινόμενο εμφανιζόταν στους πυρήνες των άστρων, παραδείγματος χάριν, η εκπομπή των σωματιδίων άξιον θα αναρροφούσε την ενέργεια, μειώνοντας έτσι την διάρκεια ζωής του άστρου πολύ περισσότερο από την πραγματική διάρκεια του.

Ο Cantatore και οι συνάδελφοί του αποφάσισαν διστακτικά να δημοσιεύσουν τα στοιχεία τους πέρυσι, μετά από πολυάριθμες άκαρπες προσπάθειες να βρεθεί μια ρωγμή στα πειράματά τους. "Σκεφτήκαμε ότι ήταν καθήκον μας να εκθέσουμε τα αποτελέσματά μας",  λέει ο Cantatore.

Μετά από την ανακοίνωση, τουλάχιστον πέντε εργαστήρια σε όλο τον κόσμο άρχισαν πειράματα για να δουν το ζήτημα. Έψαξαν για ένα διαφορετικό φαινόμενο, γνωστό ως αναγέννηση φωτονίων. Οι ερευνητές πυροδοτούν μια ακτίνα λέιζερ  προς ένα μεταλλικό πιάτο μέσω ενός μαγνητικού πεδίου. Ο μεταλλικός τοίχος εμποδίζει τα φωτόνια, αλλά αν δημιουργηθούν κάποια αξιόνια μέσα στο πεδίο θα περνούσαν μέσω του τοίχου. Στην άλλη πλευρά του τοίχου βρίσκεται ένα δεύτερο μαγνητικό πεδίο που θα μετέτρεπε μερικά από τα αξιόνια πίσω σε φωτόνια, κάνοντας έτσι να εμφανιστούν μερικά φωτόνια που είχαν περάσει μέσα του.

Μια ομάδα στο École Polytechnique της Γαλλίας, θα αναφέρει τα πρώτα αποτελέσματα ενός τέτοιου πειράματος στο Physical Review Letters.

"Δεν παρατηρήθηκε τελικά κανένα αναπαραγμένο φωτόνιο," λέει το μέλος της ομάδας Cécile Robilliard, του Πανεπιστημίου  Paul Sabatier στην Τουλούζη. "Αυτό μας επιτρέπει να αποκλείσουμε τα ιταλικά αποτελέσματα με 99,9 τοις εκατό εμπιστοσύνη", λέει η Cécile.

Εν τω μεταξύ, ο Cantatore και οι συνάδελφοί του έχουν εκτελέσει έναν νέο κύκλο παρατηρήσεων αφού έφτιαξαν τη διάταξη τους σχεδόν από την αρχή. Η μετατόπιση της πόλωσης τελικά δεν εμφανίστηκε. Η ομάδα ταχυδρόμησε την απόσυρση των προηγούμενων αποτελεσμάτων της τον περασμένο Ιούνιο.

Ο Cantatore λέει ότι διάφορα μικρά αποτελέσματα θα μπορούσαν να έχουν συνδυαστεί ώστε να δημιουργήσουν το πλαστό σήμα. Παραδείγματος χάριν, οι γραμμές των μαγνητικών πεδίων μπορεί να έχουν διαρρεύσει από το μαγνήτη και να έχουν βοηθήσει ώστε να μετατοπίσουν την πόλωση.

Η Helen Quinn, μια θεωρητικός στο Γραμμικό Κέντρο Επιταχυντών του Στάνφορντ στην Καλιφόρνια, που βοήθησε για να προταθεί το άξιον στη δεκαετία του '70, λέει ότι άλλες πειραματικές προσεγγίσεις μπορεί να βρουν τα αξιόνια στο μέλλον.