Αρχική > επιστήμη > Οι πρώτες ενδείξεις για τη σκοτεινή ύλη;

Οι πρώτες ενδείξεις για τη σκοτεινή ύλη;

Οι πρώτες ενδείξεις για τη σκοτεινή ύλη;

Η σκοτεινή ύλη υπολογίζεται ότι αντιστοιχεί στο 86% της μάζας του Σύμπαντος, ως τώρα όμως παραμένει ασύλληπτη από τους επιστήμονες

Λαλίνα Φαφούτη, ΤΟ ΒΗΜΑ 3.4.13

Τα πρώτα αποτελέσματα του Αλφα Μαγνητικού Φασματόμετρου που έχει αναλάβει την ανίχνευσή της ανακοινώθηκαν στη Γενεύη

Γενεύη

Οι πρώτες σαφείς ενδείξεις – αλλά όχι απτές αποδείξεις – για την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης, της υποθετικής αλλά ως τώρα αόρατης μορφής ύλης που φαίνεται να αντιστοιχεί στο μεγαλύτερο μέρος της μάζας του Σύμπαντος, παρουσιάστηκαν από διεθνή ομάδα επιστημόνων. Τα στοιχεία έρχονται από το Αλφα Μαγνητικό Φασματόμετρο (Alpha Magnetic Spectrometer – AMS), το «σούπερ» όργανο που έχει εγκατασταθεί στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό με αποστολή την ανίχνευση της κοσμικής ακτινοβολίας για τον εντοπισμό «εξωτικών» μορφών ύλης.

Πολυαναμενόμενα αποτελέσματα

Όπως είχε προαναγγελθεί τον περασμένο Φεβρουάριο, τα πρώτα και πολυαναμενόμενα αποτελέσματα του AMS – το οποίο έχει αποκτήσει επίσης το παρατσούκλι «ο LHC του Διαστήματος» – ανακοινώθηκαν τελικά από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Πυρηνικών Ερευνών (CERN) στη Γενεύη.

Η σχετική μελέτη, η οποία θα δημοσιευθεί στην επιθεώρηση  «Physical Review Letters», αναφέρει ότι το φασματόμετρο ανίχνευσε στην κοσμική ακτινοβολία εκατομμύρια ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια (τα αντισωμάτια των ηλεκτρονίων) σε μια αναλογία ύλης-αντιύλης η οποία φαίνεται να προκύπτει από τη σύγκρουση – ή εξουδετέρωση – των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης, υποδηλώνοντας για πρώτη φορά την ύπαρξή της.

«Πρόκειται για μια ένδειξη, αλλά σε καμία περίπτωση δεν πρόκειται για απόδειξη» τόνισε ο νομπελίστας φυσικός Σάμιουελ Τινγκ, «πατέρας» του AMS και εκπρόσωπος του πειράματος, ο οποίος έκανε τη σχετική ανακοίνωση σε σεμινάριο που πραγματοποιήθηκε στην έδρα του CERN. Αν και τίποτε ως τώρα δεν είναι απολύτως βέβαιο, η ανακάλυψη θεωρείται σημαντική καθώς, σε περίπτωση που επιβεβαιωθεί, θα αποτελεί την πρώτη «ματιά» των επιστημόνων σε αυτή την ως τώρα ασύλληπτη μορφή ύλης.

Η μεγαλύτερη καταγραφή

Σύμφωνα με τη θεωρία, αν η μυστηριώδης σκοτεινή ύλη υπάρχει, τα σωματίδιά της συγκρούονται μεταξύ τους καθώς συναντιούνται στο Διάστημα και αλληλοεξουδετερώνονται. Αν αυτό ισχύει, τότε θα πρέπει να διασπώνται σε ίσο αριθμό ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων, γεγονός το οποίο θα πρέπει να οδηγεί σε αύξηση του συνολικού αριθμού των ποζιτρονίων της κοσμικής ακτινοβολίας σε σχέση με τα ηλεκτρόνια.

Τα αποτελέσματα που ανακοινώθηκαν βασίζονται στην καταγραφή από το AMS περίπου 25 δισ. «γεγονότων» μέσα σε ενάμιση χρόνο, εκ των οποίων τα 6,8 εκατομμύρια αντιστοιχούν σε ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια. Μεταξύ αυτών περιλαμβάνονται 400.000 ποζιτρόνια με ενέργειες από 0,5 ως 350 γιγαηλεκτρονιοβόλτ (GeV) – ο μεγαλύτερος αριθμός σωματιδίων αντιύλης που έχει καταγραφεί ποτέ στο Διάστημα.

Η αναλογία ποζιτρονίων που καταγράφηκε από το AMS βρίσκεται σύμφωνα με τους ερευνητές σε απόλυτη συμφωνία με τη θεωρία για την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η αναλογία ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων αυξάνεται ελαφρά στις ενέργειες από 10-250 GeV, ενώ η αύξηση αυτή μειώνεται κατά μια τάξη μεγέθους στις ενέργειες επάνω από 20-250 GeV. Παράλληλα δεν παρατήρησαν κάποια σημαντική μεταβολή με τον χρόνο ενώ είδαν ότι τα σωματίδια δεν φαίνονται να έρχονται από μια συγκεκριμένη κατεύθυνση (όπως θα συνέβαινε αν προέρχονταν από μια μεμονωμένη πηγή, όπως π.χ. κάποιο πάλσαρ).

Όλα τα παραπάνω στοιχεία υποδηλώνουν, όπως τονίζουν οι επιστήμονες, ότι τα ποζιτρόνια που καταγράφηκαν προέρχονται από την εξουδετέρωση της σκοτεινής ύλης. Οι ενδείξεις ωστόσο δεν είναι ακόμη αρκετά σαφείς ώστε να επιτρέπουν να αποκλειστούν άλλες ερμηνείες. Για κάτι τέτοιο θα χρειαστούν περαιτέρω μελέτες, οι ειδικοί όμως είναι αισιόδοξοι ότι σύντομα θα υπάρξουν κάποιες απαντήσεις.

«Με την ακριβέστερη μέτρηση ροής ποζιτρονίων στην κοσμική ακτινοβολία που έχει γίνει ως σήμερα, τα αποτελέσματα αυτά δείχνουν ξεκάθαρα την ισχύ και τις ικανότητες του ανιχνευτή του AMS» υπογράμμισε ο κ. Τινγκ. «Στους επόμενους μήνες το AMS θα μπορέσει να μας δώσει οριστικές απαντήσεις για το αν αυτά τα ποζιτρόνια αποτελούν σήμα της σκοτεινής ύλης ή αν προέρχονται από κάποια άλλη πηγή».

Σχολείο

Θοδωρής Λαΐνας, ΤΟ ΒΗΜΑ 18.2.13

Ετοιμα τα πρώτα αποτελέσματα του διαστημικού LHC

Το Άλφα Μαγνητικό Φασματόμετρο θα αποκαλύψει στοιχεία για τη σκοτεινή ύλη

Ετοιμα τα πρώτα αποτελέσματα του διαστημικού LHC

Το Άλφα Μαγνητικό Φασματόμετρο αναμένεται να φωτίσει στοιχεία για τη μυστηριώδη σκοτεινή ύλη

Μασαχουσέτη

Οπως έγινε γνωστό τις προσεχείς εβδομάδες θα ανακοινωθούν τα πρώτα αποτελέσματα του σημαντικότερου και ακριβότερου επιστημονικού πειράματος που έχει πραγματοποιηθεί ποτέ στο Διάστημα. Το Άλφα Μαγνητικό Φασματόμετρο ή AMS είναι «παιδί» του νομπελίστα φυσικού Σάμιουελ Τινγκ και μεταφέρθηκε στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό το 2011.

Εγκατεστημένο σε μια εξωτερική πλευρά του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού, το γιγάντιο όργανο καταγράφει φαινόμενα υψηλότερης ενέργειας από ό,τι ο επιταχυντής LHC του CERN σε μια προσπάθεια να ανακαλύψει νέες, εξωτικές μορφές ύλης. Μέχρι σήμερα έχει καταγράψει δισεκατομμύρια προσκρούσεις κοσμικών ακτίνων και όπως ανακοίνωσε ο Τινγκ σε λίγες εβδομάδες θα δημοσιοποιηθούν στοιχεία που αφορούν τη μυστηριώδη σκοτεινή ύλη.


Αόρατη αλλά απαραίτητη

Από τη δεκαετία του 1930 οι φυσικοί γνωρίζουν ότι η ύλη που βλέπουμε στο Σύμπαν δεν είναι αρκετή για να εξηγήσει την κίνηση των γαλαξιών: η ταχύτητα περιστροφής των γαλαξιών εξαρτάται από τη συνολική τους μάζα, και η μάζα αυτή πρέπει να είναι πολύ περισσότερη από την κανονική ύλη που παρατηρούμε στους γαλαξίες.
Η μόνη εξήγηση είναι ότι το μεγαλύτερο μέρος της μάζας του Σύμπαντος, και συγκεκριμένα το 83%, αντιστοιχεί σε μια μυστηριώδη μορφή της ύλης, η οποία δεν εκπέμπει, δεν απορροφά και δεν διαθλά το φως. Πρόκειται για την υποθετική «σκοτεινή ύλη», η οποία εξ ορισμού είναι κυριολεκτικά αόρατη. Τα υπολογιστικά μοντέλα των κοσμολόγων δείχνουν ότι η σκοτεινή ύλη πρέπει να είναι κατανεμημένη σχετικά ομοιόμορφα στο Σύμπαν. Με άλλα λόγια, η σκοτεινή ύλη πρέπει να υπάρχει παντού, ίσως και στη Γη, χωρίς όμως να αντιλαμβανόμαστε την παρουσία της.

Η έρευνα

Οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν πολλά πράγματα για τη σκοτεινή ύλη. Ενα από τα ερωτήματα που ζητούν απάντηση είναι από τι αποτελείται αυτή η ύλη. Μια δημοφιλής θεωρία κάνει λόγο για υποθετικά σωματίδια, τα WIMP (σωματίδια μεγάλης μάζας και ασθενούς αλληλεπίδρασης), από τα οποία ίσως αποτελείται η λεγόμενη σκοτεινή ύλη. Κανένα τηλεσκόπιο ή άλλο όργανο μέχρι σήμερα δεν έχει μπορέσει να εντοπίσει την ύπαρξη των WIMP. Οι επιστήμονες ευελπιστούν ότι το AMS θα καταφέρει να επιβεβαιώσει την ύπαρξη των WIMP και να φωτίσει ορισμένες από τις ιδιότητες τους.
Ετσι η επιστημονική κοινότητα αναμένει με ενδιαφέρον την ανακοίνωση για να δει την πρόοδο που έχει επιτευχθεί. Ο Τινγκ, που εργάζεται στο ΜΙΤ, θα δημοσιεύσει σε κάποιο επιστημονικό περιοδικό τα πρώτα αποτελέσματα των ερευνών αλλά δεν έχει ακόμη αποφασίσει σε ποιο.

«Περιμέναμε 18 ολόκληρα χρόνια για να γράψουμε αυτή τη μελέτη και τώρα πλέον είμαστε στη φάση των τελικών ελέγχων των δεδομένων της. Υπάρχουν έξι ομάδες αναλυτών που τσεκάρουν τα ίδια αποτελέσματα ώστε να είμαστε απόλυτα βέβαιοι για την ορθότητα τους. Πιστεύω ότι σε 2-3 εβδομάδες θα είμαστε έτοιμοι να κάνουμε τη δημοσίευση»
δήλωσε στους εκπροσώπους του Τύπου.

Σχολείο

Πρατικάκης Βαγγέλης, ΤΟ ΒΗΜΑ 25.7.12

Σε εξέλιξη το μεγαλύτερο διαστημικό πείραμα

Το όργανο ΑΜS έχει ήδη καταγράψει 18 δισ. προσκρούσεις κοσμικών ακτίνων

Σε εξέλιξη το μεγαλύτερο διαστημικό πείραμα

H θέση του AMS στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό σημειώνεται με τον κόκκινο κύκλο. Στην καρδιά του ανιχνευτή βρίσκεται ένας ισχυρός μαγνήτης (Credit:CERN)

Γενεύη

To σημαντικότερο και ακριβότερο επιστημονικό πείραμα που έχει πραγματοποιηθεί ποτέ στο Διάστημα, το Άλφα Μαγνητικό Φασματόμετρο ή AMS, έχει καταγράψει στον ένα χρόνο λειτουργίας του 18 δισεκατομμύρια προσκρούσεις κοσμικών ακτίνων, ανακοίνωσαν οι υπεύθυνοί του στο CERN. Εγκατεστημένο στο εξωτερικό του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού, το γιγάντιο όργανο καταγράφει φαινόμενα υψηλότερης ενέργειας από ό,τι ο LHC σε μια προσπάθεια να ανακαλύψει νέες, εξωτικές μορφές ύλης.

O AMS, «παιδί» του νομπελίστα φυσικού Σάμιουελ Τινγκ, μεταφέρθηκε πέρυσι σε τροχιά στη διάρκεια της τελευταίας αποστολής διαστημικού λεωφορείου. Οι αστροναύτες της ιστορικής αποστολής βρέθηκαν την Τετάρτη στο CERN στη Γενεύη για να γιορτάσουν τους 14 μήνες λειτουργίας του. Ο ανιχνευτής «είναι το αποκορύφωμα των επιστημονικών ερευνών που πραγματοποιούνται στον ISS» σχολίασε ο κυβερνήτης της αποστολής Μαρκ Κέλι.

Στην καρδιά του μηχανήματος των 2 δισεκατομμυρίων δολαρίων είναι ένας μαγνήτης, ο οποίος διοχετεύει σε μια σειρά από ανιχνευτές τα σωματίδια που καταφθάνουν από το Διάστημα με ακραίες ταχύτητες. Δεδομένα για τα ηλεκτρικά φορτία, τα επίπεδα ενέργειας και άλλες παραμέτρους των εισερχόμενων σωματιδίων συλλέγονται 25.000 φορές το δευτερόλεπτο και μεταδίδονται στο Κέντρο Ελέγχου της NASA στο Χιούστον, από όπου διαβιβάζονται στο CERN για ανάλυση.

Τα εισερχόμενα σωματίδια έχουν ενέργεια έως και 9 TeV (τρισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ), πολύ υψηλότερη από την ενέργεια των πρωτονίων που συγκρούονται στο Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων του CERN.
Ο νομπελίστας Σάμιουελ Τινγκ, σήμερα καθηγητής στο ΜΙT, παραδέχτηκε ότι ο σχεδιασμός και η υλοποίηση του πειράματος ήταν πιο δύσκολη από ό,τι είχε φανταστεί: «Δεδομένων των δυσκολιών που συνάντησα, έχω πει στους συνεργάτες μου ότι είναι απίθανο να βρεθούν άνθρωποι αρκετά ανόητοι ώστε να επαναλάβουν αυτό το πείραμα στα επόμενα 40 με 50 χρόνια» δήλωσε.
Ο AMS έχει αναλάβει να μελετήσει τρεις μυστηριώδεις μορφές ύλης που δεν απαντώνται στη Γη, την αντιύλη, τη σκοτεινή ύλη και τα «παραδοξόνια».

Αντιύλη

H θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης προβλέπει ότι, τη στιγμή της δημιουργίας του, το Σύμπαν περιείχε ύλη και αντιύλη σε ίσες ποσότητες. Περιέργως, όμως, ό,τι βλέπουμε στο Διάστημα αποτελείται αποκλειστικά από κανονική ύλη, και κανείς μέχρι σήμερα δεν έχει εξηγήσει ικανοποιητικά πού οφείλεται αυτή η «ασυμμετρία» ύλης-αντιύλης.
Ο AMS επιχειρεί να ανιχνεύσει την αντιύλη καταγράφοντας τις ακτίνες υψηλής ενέργειας που θα παρήγαγαν σωματίδια αντιύλης όταν έρχονται σε επαφή με σωματίδια ύλης και αλληλοεξουδετερώνονται μέσα σε μια λάμψη ενέργειας.
«Η παρατήρηση έστω και ενός πυρήνα αντι-ήλιου θα παρείχε ενδείξεις για την παρουσία μεγάλων ποσοτήτων αντιύλης κάπου στο Σύμπαν» αναφέρει το CERN σε ανακοίνωσή του.

Σκοτεινή ύλη

Ό,τι βλέπουμε στο διάστημα, από τους πλανήτες μέχρι τους γαλαξίες, δεν αντιστοιχεί παρά μόνο στο 16% της ύλης στο Σύμπαν. Το υπόλοιπο 86% αντιστοιχεί στη λεγόμενη σκοτεινή ύλη, της οποίας η ύπαρξη γίνεται αντιληπτή λόγω της βαρυτικής της επίδρασης στους γαλαξίες. Είναι όμως εξ ορισμού αόρατη, αφού δεν εκπέμπει, δεν απορροφά και δεν διαθλά το φως.
Ένα από τα σωματίδια από τα οποία θα μπορούσε να αποτελείται η σκοτεινή ύλη είναι το ουδετερίνο (neutralino), του οποίου όμως η ύπαρξη δεν έχει επιβεβαιωθεί. Αν τα ουδετερίνα όντως υπάρχουν, οι φυσικοί προβλέπουν ότι οι μεταξύ τους συγκρούσεις παράγουν σωματίδια που θα μπορούσε να καταγράψει ο AMS.

Παραδοξόνια

Τον περασμένο αιώνα οι φυσικοί επιβεβαίωσαν την ύπαρξη έξι ειδών κουάρκ (up, down, strange, charm, bottom, top), θεμελιωδών σωματιδίων από τα οποία αποτελείται η ύλη. Το περίεργο είναι ότι όλη η ύλη που βλέπουμε στη Γη (τα πρωτόνια και τα νετρόνια στον πυρήνα των ατόμων) αποτελείται μόνο από δύο είδη κουάρκ, τα up και τα down.

Ένα από τα θεμελιώδη ερωτήματα της σύγχρονης θεωρητικής φυσικής είναι το εάν υπάρχει μια διαφορετική μορφή ύλης, σωματίδια που ονομάστηκαν παραδοξόνια (strangelets) και αποτελούνται από τρία κουάρκ -up, down και strange.
Τα σωματίδια αυτά, που θα είχαν εξαιρετικά μεγάλη μάζα αλλά μικρό φορτίο, θα μπορούσαν να καταγραφούν από τον AMS και να αποκαλύψουν την ύπαρξη μιας εντελώς νέας μορφής ύλης.
Ο AMS προβλέπεται ότι θα παραμείνει σε λειτουργία στον ISS για τουλάχιστον μια δεκαετία. Προκειμένου να διαχειριστούν τον τεράστιο όγκο δεδομένων που παράγει ο ανιχνευτής, οι ερευνητές εγκαινίασαν πρόσφατα ένα δεύτερο κέντρο ανάλυσης στην Ταϊπέι της Ταϊβάν.

  1. Δεν υπάρχουν σχόλια.
  1. No trackbacks yet.

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Google

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Αρέσει σε %d bloggers: