Μια αναβάθμιση σε ένα πείραμα που πραγματοποίησε ο Henry Cavendish το 1773 θα μπορούσε να προσφέρει έναν φθηνότερο και πιο γρήγορο τρόπο εντοπισμού ενός πιθανού σωματιδίου σκοτεινής ύλης — και ίσως να είναι 10.000 φορές πιο ευαίσθητη.
Της Karmela Padavic-Callaghan
Η σκοτεινή ύλη αποτελεί μεγαλύτερο μέρος του σύμπαντός μας από ό,τι η συνηθισμένη ύλη ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, image processing by M. Schirmer (MPIA, Heidelberg)
Η σκοτεινή ύλη αποτελεί μεγαλύτερο μέρος του σύμπαντός μας από ό,τι η συνηθισμένη ύλη
ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, image processing by M. Schirmer (MPIA, Heidelberg)
Ένα πείραμα αιώνων θα μπορούσε να βοηθήσει στην επιτάχυνση της αναζήτησης νέων και εξωτικών σωματιδίων, ανάμεσά τους και εκείνων που συνθέτουν τη σκοτεινή ύλη.
Το 1773, ο Βρετανός επιστήμονας Henry Cavendish έστησε ένα απλό πείραμα με στόχο να αποκαλύψει τη φύση του ηλεκτρομαγνητισμού. Περιλάμβανε τη μέτρηση του ηλεκτρικού δυναμικού στην επιφάνεια δύο εμφωλευμένων μεταλλικών κελυφών, ώστε να φανεί πώς επηρεάζουν το ένα το άλλο τα φορτισμένα σωματίδια μέσα σε αυτά.
Τώρα, ο Peter Graham από το Stanford University στην Καλιφόρνια και οι συνεργάτες του υποστηρίζουν ότι η επαναφορά του πειράματος του Cavendish θα μπορούσε να βοηθήσει στην αποκάλυψη ενός ακόμη πιο μυστηριώδους χαρακτηριστικού του σύμπαντος: των σωματιδίων που συνθέτουν τη σκοτεινή ύλη.
Παρότι η σκοτεινή ύλη αποτελεί πολύ μεγαλύτερο μέρος του σύμπαντός μας από τη συνηθισμένη ύλη, δεν γνωρίζουμε από τι αποτελείται. Υπάρχουν πολλές θεωρητικές προτάσεις για το τι θα μπορούσε να είναι, και τα πειράματα που προσπαθούν να το εντοπίσουν κυμαίνονται από επιταχυντές σωματιδίων έως πολύπλοκους ανιχνευτές στα υπόγεια.
Ο Graham και οι συνεργάτες του εστίασαν σε έναν υποψήφιο για σκοτεινή ύλη που ονομάζεται millicharged particles (mCPs), τα οποία, όπως δείχνει και το όνομά τους, έχουν εξαιρετικά μικρό ηλεκτρικό φορτίο. Η ιδιότητα αυτή τα καθιστά κατάλληλα για το αιώνων πείραμα του Cavendish.
Η ομάδα προτείνει να αναπαραχθεί ο σχεδιασμός με τα δύο εμφωλευμένα κελύφη, να εφαρμοστεί τάση στο μεγαλύτερο, εξωτερικό κέλυφος και στη συνέχεια να μετρηθεί η διαφορά τάσης ανάμεσα σε αυτό και το εσωτερικό κέλυφος. Επειδή τα mCPs είναι ηλεκτρικά φορτισμένα, αυτή η μέτρηση θα έδειχνε αν υπάρχουν στο πείραμα.
Το πείραμα του Henry Cavendish τον 18ο αιώνα σχεδιάστηκε για να διερευνήσει τον ηλεκτρομαγνητισμό Cavendish Laboratory
Το πείραμα του Henry Cavendish τον 18ο αιώνα σχεδιάστηκε για να διερευνήσει τον ηλεκτρομαγνητισμό
Cavendish Laboratory
Για να γίνει αυτό, το νέο πείραμα θα περιλάμβανε μια συσκευή συσσώρευσης, η οποία θα «ρούφαγε» όλα τα φορτισμένα σωματίδια από το δωμάτιο σαν ηλεκτρική σκούπα, φέρνοντας έτσι όλα τα πιθανά mCPs μέσα στη διάταξη, λέει ο Harikrishnan Ramani από το University of Delaware.
Ο σχεδιασμός είναι απλούστερος και πιο οικονομικός σε σχέση με άλλες αναζητήσεις για mCPs, με το κόστος του να εκτιμάται κάτω από το ένα εκατομμύριο δολάρια ή στο ένα χιλιοστό του κόστους λειτουργίας ενός επιταχυντή σωματιδίων για έναν χρόνο. Οι υπολογισμοί των ερευνητών δείχνουν επίσης ότι θα μπορούσε να είναι πιο ευαίσθητος από ορισμένα πειράματα επιταχυντών σωματιδίων που αναμένεται να τεθούν σε λειτουργία στο μέλλον.
Ο Kevin Kelly από το Texas A&M University λέει ότι ορισμένες από τις εκτιμήσεις στους υπολογισμούς των ερευνητών είναι πιθανόν συντηρητικές, άρα το προτεινόμενο πείραμα θα μπορούσε τελικά να είναι από 100 έως 10.000 φορές πιο ευαίσθητο από τις παλαιότερες μεθόδους, επιτρέποντας τον εντοπισμό mCPs με φορτία ακόμη μικρότερα από όσα θεωρούνταν μέχρι σήμερα.
«Αυτή η τεχνική μπορεί να είναι καλύτερη από ορισμένα από τα πράγματα που κάνω εγώ και άλλοι [ήδη]», λέει ο Christopher Hill από το Ohio State University. Όπως ο Graham και ο Ramani, εκτιμά ότι το πείραμα θα μπορούσε να κατασκευαστεί και να ολοκληρωθεί πολύ πιο γρήγορα από, για παράδειγμα, ένα πείραμα επιταχυντή σωματιδίων, μειώνοντας σημαντικά τον χρόνο μέχρι μια ενδεχομένως τεράστια ανακάλυψη. «Θα ήταν ένα μεγάλο βήμα για να καταλάβουμε από τι αποτελείται μεγάλο μέρος του σύμπαντος και πώς λειτουργεί», λέει ο Hill. Προσθέτει ότι σκέφτεται αν θα μπορούσε να κατασκευάσει ένα παρόμοιο πείραμα με τη δική του ομάδα.
Η ομάδα εργάζεται τώρα στις λεπτομέρειες της κατασκευής και στην εξασφάλιση χρηματοδότησης για το πείραμα. Αν λειτουργήσει, κάτι που ο Ramani λέει ότι θα μπορούσε να συμβεί μέσα σε δύο ή τρία χρόνια, θα έχει ένα ακόμη πλεονέκτημα: τα mCPs θα μπορούσαν να απομονωθούν από τη συσκευή του Cavendish και να μελετηθούν στη συνέχεια. «Θα μπορούσες να αποθηκεύσεις και να κάνεις δώρο σε ανθρώπους millicharged particles», λέει.
Physical Review Letters DOI: 10.1103/83fd-mnpk
Λάβετε κάθε εβδομάδα μια δόση ανακαλύψεων στο inbox σας. Θα σας κρατάμε επίσης ενήμερους για εκδηλώσεις και ειδικές προσφορές του New Scientist.
