Σκοτεινή ύλη κάτω από τον «μεγάλο βράχο»

Τα πειράματα της άμεσης ανίχνευσης σκοτεινής ύλης προσπαθούν να μετρήσουν την ενέργεια που απελευθερώνεται στον ανιχνευτή από τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης όταν σκεδάζονται από τους πυρήνες του υλικού του ανιχνευτή. Με την χοντροκομμένη οπτική ενός θεωρητικού φυσικού, ένας ανιχνευτής μπορεί να θεωρηθεί ως ένα κομμάτι υλικού που καλύπτεται με αισθητήρες. Όταν ένα σωματίδιο σκοτεινής ύλης φτάσει στον ανιχνευτή, τότε είναι πιθανό να σκεδαστεί από έναν πυρήνα του υλικού του. Προσεγγιστικά ο εν λόγω πυρήνας μπορεί να θεωρηθεί αρχικά ακίνητος και όταν συγκρούεται με το σωματίδιο της σκοτεινής ύλης αποκτά μετρήσιμη κινητική ενέργεια. Οι ανιχνευτές σκοτεινής ύλης συνήθως βρίσκονται σε μια υπόγεια σπηλιά ή ένα παλιό ορυχείο, βαθιά κάτω από τη Γη, έτσι ώστε να μην επηρεάζονται από τις κοσμικές ακτίνες. Θωρακίζεται επιπλέον και για την μείωση του υποβάθρου εξαιτίας της φυσικής ραδιενέργειας. Το παρακάτω σχήμα αποσαφηνίζει αυτές οι έννοιες με τον πιο ξεκάθαρο τρόπο:

Στην φωτογραφια απευθείας ανίχνευση σκοτεινής ύλης. Αριστερά: σε κλίμακα α~km. Δεξιά: σε κλίμακα α~10-15m (fm)

Oι αποδείξεις ότι η σκοτεινή ύλη υπάρχει, και ότι επιπλέον αποτελεί το 26% του περιεχομένου του σύμπαντος, μέχρι σήμερα είναι έμμεσες. Μπορεί να μην την βλέπουμε, να μην την αισθανόμαστε αλλά ξέρουμε πως υπάρχει! Υπάρχουν ατράνταχτα αστρονομικά δεδομένα που το αποδεικνύουν. Αν δεν υπήρχε η σκοτεινή ύλη τότε οι περιστρεφόμενοι γαλαξίες θα είχαν διαλυθεί, ενώ άλλα αστρονομικά φαινόμενα, όπως το φαινόμενο των βαρυτικών φακών ή τα εντυπωσιακά αποτελέσματα των συγκρούσεων σμηνών γαλαξιών, θα ήταν αδύνατον να κατανοηθούν. Έτσι, το μόνο σίγουρο για την σκοτεινή ύλη είναι πως έχει μάζα και ότι αλληλεπιδρά με την γνωστή ύλη (και τον εαυτό της) με την δύναμη της βαρύτητας. Δεν αλληλεπιδρά ηλεκτρομαγνητικά, και γι αυτό αποκαλείται «σκοτεινή», αφού δεν μπορούμε να την δούμε ή να την αγγίξουμε!

Η άμεση ανίχνευση της σκοτεινής ύλης, βασίζεται στην υπόθεση ότι η σκοτεινή ύλη αλληλεπιδρά και με κάποιον άλλον τρόπο με την συνηθισμένη ύλη, πέραν της βαρυτικής αλληλεπίδρασης. Δυστυχώς, δεν έχουμε αποδείξεις ότι αυτό συμβαίνει στην φύση. Αλλά αν υποθέσουμε ότι η σκοτεινή ύλη μπορεί να αλληλεπιδράσει με την γνωστή ύλη και με άλλον τρόπο πέρα ​​από τη βαρύτητα, τότε οι ανιχνευτές που τοποθετούνται βαθιά κάτω από τη Γη, όπως το πείραμα XENON1T που διεξάγεται στις υπόγειες εγκαταστάσεις του εργαστηρίου Gran Sasso στην Ιταλία, θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης. Και αυτό μας δείχνει χονδρικά το παραπάνω σχήμα.

https://physicsgg.me/2021/04/28/%cf%83%ce%ba%ce%bf%cf%84%ce%b5%ce%b9%ce%bd%ce%ae-%cf%8d%ce%bb%ce%b7-%ce%ba%ce%ac%cf%84%cf%89-%ce%b1%cf%80%cf%8c-%cf%84%ce%bf%ce%bd-%ce%bc%ce%b5%ce%b3%ce%ac%ce%bb%ce%bf-%ce%b2%cf%81%ce%ac%cf%87%ce%bf/

Μικροσκοπικό καθρεφτάκι θα αποκαλύψει την σκοτεινή ύλη.

Μια καινοτόμος συσκευή που δημιούργησαν ερευνητές στις ΗΠΑ θα προσπαθήσει να δώσει απάντηση σε ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια του Σύμπαντος.

Μπορεί να αποτελεί το 85% του Σύμπαντος αλλά κανείς δεν γνωρίζει πώς είναι, τι είναι και ποιες οι ιδιότητες της. Πρόκειται για την μυστηριώδη σκοτεινή ύλη για την οποία έχουν διατυπωθεί πολλές θεωρίες που ξεκινούν από κάποιες προσπάθειες περιγραφής της και καταλήγουν στο ότι δεν υπάρχει και πρέπει να σκεφτούμε κάτι άλλο για να έχουμε ολοκληρωμένα κοσμολογικά μοντέλα. Γίνονται συνεχώς μελέτες, πειράματα και προσπάθειες εντοπισμού της σκοτεινής ύλης χωρίς μέχρι σήμερα να έχει υπάρξει κάποιο ουσιαστικό αποτέλεσμα.

Ομάδα Αμερικανών ερευνητών αποφάσισε να μπει στο κυνήγι της σκοτεινής ύλης αναπτύσσοντας μια μέθοδο εντοπισμού της. Οι ερευνητές βασίζουν την προσπάθεια τους σε μια θεωρία σύμφωνα με την οποία ότι ο γαλαξίας μας γεμάτος από μικροσκοπικά σωματίδια, τα σκοτεινά φωτόνια τα οποία έχουν μάζα αλλά τόσο μικρή που τα σημερινά τεχνικά μέσα δεν μπορούν να τα ανιχνεύσουν.

Η ερευνητική ομάδα από επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Ντελαγουέαρ προτείνει την δημιουργία ενός επιταχυνσιόμετρου που θα αποτελείται από νιτρίδιο του πυριτίου και ένα μικροσκοπικό καθρέφτη δημιουργώντας δύο επιφάνειες που το φως θα αναπηδά ανάμεσα τους.

Αν οι αποστάσεις ανάμεσα στα δύο υλικά μεταβάλλεται οι ερευνητές οι ερευνητές θα γνωρίζουν από την μελέτη του ανακλώμενου φωτός την παρουσία των σκοτεινών φωτονίων και εντοπίζοντας στα σκοτεινά φωτόνια αυτόματα θα υπάρχει επιβεβαίωση της ύπαρξης της σκοτεινής ύλης.

«Η σκοτεινή ύλη μπορεί να δημιουργείται σε μαύρες τρύπες ή μπορεί να αποτελείται από κάτι τρισεκατομμύρια φορές μικρότερο από ένα ηλεκτρόνιο» αναφέρει η Σουάτι Σινγκχ, επικεφαλής της μελέτης. Η Σινγκχ είναι θεωρητικός κβαντικής φυσικής που ασχολείται με την ανάπτυξη νέων πρωτοποριακών μεθόδων εντοπισμού της σκοτεινής ύλης. Όπως είναι ευνόητο η επιστημονική κοινότητα θα αναμένει με ενδιαφέρον τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας.

https://www.naftemporiki.gr/story/1727029/mikroskopiko-kathreftaki-tha-apokalupsei-tin-skoteini-uli

Νέα μελέτη της σκοτεινής αμφισβητεί τον Αϊνστάιν.

Οι επιστήμονες της μεγάλης διεθνούς κοινοπραξίας Μελέτης της Σκοτεινής Ενέργειας (Dark Energy Survey-DES) παρουσίασαν τον μεγαλύτερο και πιο ολοκληρωμένο μέχρι σήμερα «χάρτη» της σκοτεινής ύλης στο σύμπαν, της αόρατης ύλης που εκτιμάται ότι αποτελεί περίπου το 25% της συνολικής συμπαντικής ύλης, έναντι 5% της ορατής ύλης και 70% της σκοτεινής ενέργειας.

Ανάμεσα στα άλλα προκαλεί ιδιαίτερο ενδιαφέρον το γεγονός ότι η κατανομή της σκοτεινής ύλης φαίνεται να είναι τέτοια που, σύμφωνα με τουλάχιστον μερικούς επιστήμονες, δημιουργεί κάποιες αμφιβολίες για την ορθότητα της γενικής θεωρίας σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν.

Οι 400 ερευνητές από επτά χώρες χρησιμοποίησαν την κάμερα σκοτεινής ενέργειας. Πρόκειται για μία από τις ισχυρότερες του κόσμου με ανάλυση 570 megapixel- που υπάρχει στο διαμέτρου τεσσάρων μέτρων τηλεσκόπιο «Βίκτορ Μπλάνκο» στη Χιλή. Οι ερευνητές εξέτασαν με τη βοήθεια συστήματος τεχνητής νοημοσύνης 226 εκατομμύρια γαλαξίες, αποκαλύπτοντας έτσι ένα κοσμικό «πάπλωμα», ένα πάτσγουορκ, με τεράστιες ολοσκότεινες κενές περιοχές πολύ χαμηλής πυκνότητας ύλης όπου η βαρύτητα μπορεί να συμπεριφέρεται διαφορετικά και πιο φωτεινές περιοχές στις οποίες είναι συγκεντρωμένη η σκοτεινή και η ορατή ύλη.

Η επίδραση

Η αφανής σκοτεινή ύλη -που ονομάστηκε έτσι ακριβώς επειδή είναι αόρατη- ασκεί επίδραση πάνω στην ορατή ύλη, παραμορφώνοντας το φως που φθάνει στη Γη από τα μακρινά άστρα και γαλαξίες. Όσο μεγαλύτερη είναι η παραμόρφωση τόσο μεγαλύτερη τεκμαίρεται ότι η είναι η συγκέντρωση της σκοτεινής ύλης σε έναν γαλαξία ή σε κάποια άλλη περιοχή του σύμπαντος. Η βαρυτική δύναμη της σκοτεινής συγκρατεί τους γαλαξίες μεταξύ τους σε δομές κοσμικών «ιστών».

Ο ερευνητής δρ Νάιαλ Τζέφρι της Σχολής Ecole Normale Superieure του Παρισιού και του Πανεπιστημιακού Κολλεγίου του Λονδίνου (UCL) δήλωσε στο BBC ότι ο νέος «χάρτης» συνιστά «ένα πραγματικό πρόβλημα για τη φυσική», επειδή δείχνει ότι «ίσως ο Αϊνστάιν είχε λάθος». Πρόσθεσε ότι «ίσως νομίσετε πως αυτό είναι κακό πράγμα, ότι ίσως η φυσική καταρρέει. Όμως, για έναν φυσικό είναι κάτι υπερβολικά συναρπαστικό. Σημαίνει ότι μπορούμε να ανακαλύψουμε κάτι πραγματικά καινούργιο για το πώς είναι το Σύμπαν».

Ο καθηγητής Κάρλος Φρενκ του βρετανικού Πανεπιστημίου του Ντάραμ, ο οποίος συνέβαλε στην ανάπτυξη της σύγχρονη κοσμολογικής θεωρίας με βάση το έργο του Αϊνστάιν, δήλωσε ότι έχει ανάμικτα συναισθήματα ακούγοντας τα νέα. «Πέρασα τη ζωή μου δουλεύοντας πάνω σε αυτήν τη θεωρία και η καρδιά μου λέει πως δεν θέλω να τη δω να καταρρέει. Όμως, ο εγκέφαλός μου λέει πως οι μετρήσεις που έγιναν είναι σωστές και έτσι πρέπει να διερευνήσουμε τη δυνατότητα μίας νέας φυσικής», ανέφερε. «Αυτό είναι κάτι που με κάνει πολύ νευρικό και φοβισμένο, επειδή εισερχόμαστε σε μία τελείως άγνωστη επικράτεια και ποιος ξέρει τι πρόκειται να βρούμε», πρόσθεσε.

Όπως σημείωσε ο Τζέφρι, ο χάρτης δείχνει σαφώς πως οι γαλαξίες (μεταξύ αυτών και ο δικός μας) αποτελούν τμήμα μίας ευρύτερης αόρατης δομής λόγω της σκοτεινής ύλης. Έως τώρα οι επιστήμονες είχαν διαμορφώσει μία ακριβή ιδέα για την κατανομή της ύλης, ξεκινώντας 400.000 χρόνια πριν τη Μεγάλη Έκρηξη (Μπιγκ Μπανγκ) δημιουργίας του σύμπαντος, χάρη στο τροχιακό τηλεσκόπιο «Πλανκ» του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA), που μέτρησε τα απομεινάρια της κοσμικής ακτινοβολίας μικροκυμάτων υποβάθρου, γνωστής και ως «λυκόφωτος της δημιουργίας».

Ο Αϊνστάιν

Συνδυάζοντας τα στοιχεία του «Πλανκ» και τις θεωρίες του Αϊνστάιν, οι αστρονόμοι, όπως ο Φρενκ, ανέπτυξαν ένα μοντέλο που προβλέπει πώς θα έπρεπε να είναι η κατανομή της ύλης κατά τα 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια που έχουν μεσολαβήσει μέχρι σήμερα. Η επίσημη ανακοίνωση της κοινοπραξίας DES αναφέρει ότι ο νέος «χάρτης» συνάδει με τις θεωρητικές προβλέψεις. Ορισμένοι ερευνητές, όμως, επεσήμαναν πως, με βάση τις νέες παρατηρήσεις και τον «χάρτη» DES, υπάρχει μία μικρή απόκλιση, καθώς η ύλη φαίνεται στην πραγματικότητα να είναι ελαφρώς (κατά λίγες ποσοστιαίες μονάδες) πιο ομοιόμορφα κατανεμημένη από ό,τι αναμενόταν με βάση τον Αϊνστάιν και τις προβλέψεις του κυρίαρχου κοσμολογικού μοντέλου.

«Ίσως ανακαλύψαμε κάτι πραγματικά θεμελιακό για τον ιστό του σύμπαντος. Η τρέχουσα θεωρία βασίζεται σε πολύ ατελείς πυλώνες από άμμο. Και αυτό που μπορεί να βλέπουμε τώρα είναι η κατάρρευση ενός από αυτούς τους πυλώνες», τόνισε ο Φρενκ.

Άλλοι, όμως, όπως ο καθηγητής Όφερ Λαχάβ του UCL, εμφανίστηκαν πιο συγκρατημένοι και απρόθυμοι να βγάλουν λάθος τον Αϊνστάιν, τουλάχιστον όχι ακόμη. Όπως είπε ο καθηγητής, «το μεγάλο ερώτημα είναι εάν η θεωρία του Αϊνστάιν είναι τέλεια. Φαίνεται να περνάει κάθε τεστ, αλλά με μερικές αποκλίσεις εδώ κι εκεί. Ίσως η αστροφυσική των γαλαξιών χρειάζεται κάποιες μικροδιορθώσεις. Στην ιστορία της κοσμολογίας υπάρχουν παραδείγματα που προβλήματα λύθηκαν, καθώς επίσης παραδείγματα που άλλαξε ο τρόπος σκέψης. Θα είναι ενδιαφέρον να δούμε εάν η νέα "ένταση" στην κοσμολογία θα οδηγήσει σε μία νέα επαναστατική επιστημονική αλλαγή».

https://www.naftemporiki.gr/story/1731707/nea-meleti-tis-skoteinis-amfisbitei-ton-ainstain

Μια νέα διάσταση στο σύμπαν που βλέπουν μόνο οι σκοτεινές δυνάμεις… και η σκοτεινή ύλη.

Παρότι τo 25% του σύμπαντος συνίσταται από σκοτεινή ύλη γνωρίζουμε ελάχιστα πράγματα σχετικά με αυτή. Είναι αόρατη στα τηλεσκόπια γιατί δεν απορροφά ούτε εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Ξέρουμε ότι υπάρχει, αφού αλληλεπιδρά βαρυτικά με την συνηθισμένη ύλη, αλλά μας απογοητεύει το γεγονός ότι δεν εμφανίζεται εκεί που την περιμένουμε – στους ανιχνευτές σκοτεινής ύλης.

Οι φυσικοί έχουν χρησιμοποιήσει τηλεσκόπια, γιγάντια υπόγεια πειράματα ανίχνευσης και επιταχυντές για να μάθουν περισσότερα για την σκοτεινή ύλη τα τελευταία 30 χρόνια, αλλά δεν προέκυψε κάποιο διαφωτιστικό νέο στοιχείο γι αυτήν. Αυτό αναγκάζει τους φυσικούς να λειτουργήσουν αντισυμβατικά κάνοντας νέες υποθέσεις, ώστε να καταλάβουν τι θα μπορούσε να είναι τελικά η σκοτεινή ύλη.

Ο ερευνητές Ian Chaffey, Sylvain Fichet & Philip Tanedo δημοσίευσαν πριν από λίγες ημέρες μια εργασία με τίτλο «Continuum-mediated self-interacting dark matter» , στην οποία προτείνεται η ύπαρξη μιας επιπλέον διάστασης στον χωροχρόνο για την ερμηνεία της σκοτεινής ύλης. Σύμφωνα με αυτήν τη θεωρία, μερικά από τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης δεν συμπεριφέρονται σαν τα γνωστά σωματίδια. Στην πραγματικότητα, αόρατα σωματίδια αλληλεπιδρούν με ακόμη πιο αόρατα σωματίδια με τέτοιο τρόπο ώστε τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης παύουν να συμπεριφέρονται σαν σωματίδια! Στην ουσία επεκτείνεται η ιδέα της σκοτεινής ύλης στην ιδέα των σκοτεινών δυνάμεων. Την τελευταία δεκαετία, οι φυσικοί υποθέτουν ότι κρυμμένες σκοτεινές δυνάμεις μπορεί να διέπουν τις αλληλεπιδράσεις της σκοτεινής ύλης. Αυτές οι δυνάμεις θα μπορούσαν να μας δώσουν εντελώς νέους κανόνες για το πως θα έπρεπε να αναζητούμε την σκοτεινή ύλη.

Εάν δύο σωματίδια σκοτεινής ύλης έλκονται ή απωθούνται μεταξύ τους, τότε δρουν σκοτεινές δυνάμεις. Οι σκοτεινές δυνάμεις περιγράφονται μαθηματικά από μια θεωρία που χρησιμοποιεί επιπλέον διαστάσεις και εμφανίζονται μέσα από ένα συνεχές σωματιδίων φορέων της αλληλεπίδρασης.

Οι ερευνητές στη νέα εργασία γενικεύουν την υπόθεση της σκοτεινής δύναμης. Το παρατηρούμενο σύμπαν έχει τρεις χωρικές διαστάσεις. Προτείνουν την ύπαρξη μιας τέταρτης διάστασης που μόνο οι σκοτεινές δυνάμεις αντιλαμβάνονται. Και η επιπλέον διάσταση μπορεί να εξηγήσει γιατί δεν μπορούμε να ανιχνεύσουμε την σκοτεινή ύλη στο εργαστήριο.

Παρόλο που οι επιπλέον διαστάσεις μπορεί να ακούγονται ως μια εξωτική ιδέα, είναι στην πραγματικότητα ένα μαθηματικό τέχνασμα για να περιγράψουμε τις «θεωρίες σύμμορφου πεδίου» – τυπικές τρισδιάστατες θεωρίες κβαντικού πεδίου. Αυτού του είδους οι θεωρίες είναι πλούσιες μαθηματικά, αλλά δεν περιέχουν κλασικά σωματίδια και γι αυτό δεν χρησιμοποιούνται για την περιγραφή της φύσης. Η μαθηματική ισοδυναμία μεταξύ αυτών των δύσκολων τρισδιάστατων θεωριών και μιας πιο εύχρηστης θεωρίας με επιπλέον διαστάσεις είναι γνωστή ως ολογραφική αρχή.

Δεδομένου ότι αυτές οι θεωρίες σύμμορφου πεδίου ήταν τόσο δύσχρηστες όσο και ασυνήθιστες, δεν είχαν δοκιμαστεί συστηματικά στην σκοτεινή ύλη. Έτσι προέκυψε η χρήση μιας ολογραφικής θεωρίας με επιπλέον διαστάσεις.

Η σκοτεινή ύλη μπορεί να αλληλεπιδράσει με τον εαυτό της διαμέσου ενός συνεχούς καταστάσεων χαμηλής μάζας. Αυτό συμβαίνει εφόσον η σκοτεινή ύλη συνδέεται με έναν σύμμορφο κρυφό τομέα.

Το βασικό χαρακτηριστικό της θεωρίας αυτής είναι ότι η δύναμη μεταξύ των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης περιγράφεται από έναν άπειρο αριθμό διαφορετικών σωματιδίων με διαφορετικές μάζες που αποκαλούνται συνεχές. Σε αντίθεση, οι συνηθισμένες δυνάμεις περιγράφονται από έναν μόνο τύπο σωματιδίου με μια καθορισμένη μάζα. Αυτή η κατηγορία σκοτεινών τομέων συνεχούς είναι ενδιαφέρουσα επειδή επιτυγχάνει κάτι «φρέσκο και διαφορετικό». Οι παλαιότερες εργασίες σχετικά με τους σκοτεινούς τομείς επικεντρώνονται κυρίως σε θεωρίες που μιμούνται τη συμπεριφορά των ορατών σωματιδίων. Η εργασία των Tanedo et al διερευνά τους πιο ακραίους τύπους θεωριών που οι περισσότεροι φυσικοί σωματιδίων τις βρίσκουν λιγότερο ενδιαφέρουσες, ίσως γιατί δεν εφαρμόζονται άμεσα στον πραγματικό κόσμο.

Σ’ αυτή τη θεωρία η δύναμη μεταξύ των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης είναι απροσδόκητα διαφορετική από τις δυνάμεις που αισθάνεται η συνηθισμένη ύλη. Για την βαρυτική δύναμη ή την ηλεκτροστατική δύναμη, όταν διπλασιάζετε την απόσταση μεταξύ δύο σωματιδίων, η δύναμη υποτετραπλασιάζεται. Μια συνεχής δύναμη, από την άλλη πλευρά, μειώνεται κατά έναν παράγοντα έως οκτώ.

Τι επιπτώσεις έχει αυτή η έξτρα διαστάσεων σκοτεινή δύναμη; Δεδομένου ότι η συνηθισμένη ύλη μπορεί να μην αλληλεπιδρά με αυτή τη σκοτεινή δύναμη, οι ερευνητές στράφηκαν στην ιδέα της σκοτεινής ύλης που αλληλεπιδρά με τον εαυτό της, μια ιδέα που εισήγαγε ο Hai-Bo Yu, αναπληρωτής καθηγητής φυσικής και αστρονομίας στο UCR. Ο Yu έδειξε ότι ακόμη και αν δεν υπήρχαν αλληλεπιδράσεις με την κανονική ύλη, τα αποτελέσματα αυτών των σκοτεινών δυνάμεων θα μπορούσαν να παρατηρηθούν έμμεσα στους νάνους σφαιροειδείς γαλαξίες. Οι ερευνητές Tanedo et al βρήκαν ότι η συνεχής δύναμη μπορεί να αναπαραγάγει τις παρατηρούμενες αστρικές κινήσεις.

Η εν λόγω θεωρία πάει ένα βήμα πιο πέρα κάνοντας την ερμηνεία της προέλευσης της σκοτεινής ύλης ευκολότερη σε σχέση με το μοντέλο της αυτο-αλληλεπιδρώσας σκοτεινής ύλης. Στη συνέχεια, η ομάδα θα εξερευνήσει μια συνεχή έκδοση του μοντέλου των «σκοτεινών φωτονίων». Σύμφωνα με τον Tanedo είναι μια πιο ρεαλιστική εικόνα για μια σκοτεινή δύναμη. Τα σκοτεινά φωτόνια έχουν μελετηθεί με μεγάλη λεπτομέρεια, αλλά η θεώρηση έξτρα διαστάσεων έχει μερικές εκπλήξεις. Θα εξετάσουν επίσης και την κοσμολογία των σκοτεινών δυνάμεων και τη φυσική των μαύρων τρυπών.

Το ερευνητικό πρόγραμμα του Tanedo στοχεύει σε μία από τις υποθέσεις που κάνουμε στη φυσική των σωματιδίων: ότι η αλληλεπίδραση των σωματιδίων περιγράφεται με την ανταλλαγή των σωματιδίων-φορέων των δυνάμεων. Ενώ αυτό ισχύει για τη συνηθισμένη ύλη, δεν υπάρχει λόγος να υποθέσουμε ότι ισχύει και για τη σκοτεινή ύλη. Οι αλληλεπιδράσεις τους θα μπορούσαν να περιγραφούν από ένα συνεχές σωματιδίων-φορέων αλληλεπίδρασης, παρά από την ανταλλαγή ενός μόνο τύπου σωματιδίου φορέα-δύναμης.

https://physicsgg.me/2021/06/04/%ce%bc%ce%b9%ce%b1-%ce%bd%ce%ad%ce%b1-%ce%b4%ce%b9%ce%ac%cf%83%cf%84%ce%b1%cf%83%ce%b7-%cf%83%cf%84%ce%bf-%cf%83%cf%8d%ce%bc%cf%80%ce%b1%ce%bd-%cf%80%ce%bf%cf%85-%ce%b2%ce%bb%ce%ad%cf%80%ce%bf%cf%85/

Το Σκοτεινό Σύμπαν.

Στα τέλη του περασμένου μήνα μια μεγάλη κοινοπραξία 400 ερευνητών από επτά χώρες με την επωνυμία Επισκόπηση Σκοτεινής Ενέργειας (Dark Energy Survey – DES) ανακοίνωσε τα αποτελέσματα ενός μεγάλου τμήματος των ερευνών της. H κοινοπραξία DES, που έχει καλύψει ήδη το 12,5% του ουράνιου θόλου, παρουσίασε τα ευρήματά της σε 29 νέες εργασίες που δημοσιεύτηκαν ήδη. Οι εργασίες αυτές εξετάζουν με προσοχή την εξελικτική πορεία του Σύμπαντος τα τελευταία 7 δισεκατομμύρια χρόνια για να δώσουν απαντήσεις στα μεγάλα ερωτήματα που έχουμε σχετικά με τα συστατικά που αποτελούν το Σύμπαν, την κατανομή της ύλης σε αυτό, τον ρόλο που παίζουν σε όλα αυτά η επονομαζόμενη «σκοτεινή ύλη» και η «σκοτεινή ενέργεια», καθώς επίσης και τις λεπτομέρειες του καθιερωμένου κοσμολογικού μοντέλου που έχουμε για τη γέννηση και την εξέλιξή του.

Ηδη, εδώ και αρκετά χρόνια, έχουμε ανακαλύψει ότι όλη η υλοενέργεια που αναγνωρίζουμε στα άστρα και στα νεφελώματα που βρίσκουμε στις εκατοντάδες δισεκατομμύρια των γαλαξιών δεν αποτελούν παρά μόνο το 5% των συστατικών του Σύμπαντος, ενώ το υπόλοιπο 95% αποτελείται από ύλη και ενέργεια, που μας είναι άγνωστο ακόμη από τι αποτελούνται. Πάρτε για παράδειγμα το πρόβλημα της «σκοτεινής ύλης» που πρέπει να υπάρχει με κάποια μορφή και η οποία αποτελεί περίπου το 25% της υλοενέργειας του Σύμπαντος και παρόλο που δεν γνωρίζουμε από τι αποτελείται, βλέπουμε εντούτοις τη βαρυτική επίδραση που έχει στο περιβάλλον της. Παρ’ όλα αυτά, ακόμη κι αν στην ύλη που βλέπουμε προσθέσουμε και όλα τα υλικά της «σκοτεινής ύλης», πάλι φαίνεται ότι χρειαζόμαστε μια επιπλέον ποσότητα «υλικών» ή «ενέργειας» (αφού ύλη και ενέργεια αποτελούν δύο όψεις του ιδίου νομίσματος) ώστε να εξηγηθούν οι παρατηρήσεις των κοσμολόγων που μας λένε ότι το Σύμπαν στο οποίο ζούμε είναι ένα «ανοιχτό» και «επίπεδο» Σύμπαν. Γεγονός που μας οδήγησε επίσης στη διαπίστωση ότι η διαστολή του Σύμπαντος δεν συμπεριφερόταν με τον τρόπο που νομίζαμε.

Αυτό που υπολογίζαμε μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του 1990 ήταν ότι με την πάροδο του χρόνου η διαστολή του Σύμπαντος θα έπρεπε να ελαττώνεται λόγω της βαρύτητας. Αντ’ αυτού, όμως, δύο ανεξάρτητες μεταξύ τους ερευνητικές ομάδες ανακοίνωσαν το 1998 ότι η διαστολή του Σύμπαντος, αντί να ελαττώνεται, φαίνεται ότι επιταχύνεται από τότε που το Σύμπαν είχε το ήμισυ της ηλικίας που έχει σήμερα. Γι’ αυτό στο καθιερωμένο μοντέλο που έχουμε για το Σύμπαν η επιτάχυνση αυτή αντιμετωπίστηκε έκτοτε ως μέρος της ιδιότητας που περιγράφεται από την κοσμολογική σταθερά της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας του Αϊνστάιν. Της έχουμε μάλιστα δώσει κι ένα ιδιαίτερα ευφάνταστο όνομα, αποκαλώντας τη «σκοτεινή ενέργεια». Η κοσμολογική δηλαδή σταθερά αντιμετωπίζεται σήμερα σαν μια πέμπτη δύναμη, ένα απωθητικό είδος «αντιβαρύτητας», που είναι συνδεδεμένη με την ενεργειακή πυκνότητα του κενού, ενώ η προσθήκη της θα μπορούσε να εξηγήσει πολλές από τις παρατηρήσεις μας.

Γι’ αυτό άλλωστε οι περισσότεροι κοσμολόγοι υποστηρίζουν σήμερα ότι η ενέργεια που προσδιορίζεται από την κοσμολογική σταθερά, τη σκοτεινή δηλαδή ενέργεια, μπορεί να συμβάλλει μέχρι και το 70% των συστατικών που χρειάζεται για να γίνει το Σύμπαν επίπεδο, όπως παρατηρείται ότι είναι. Η κοσμολογική σταθερά είναι η ποσότητα που εισήγαγε πρώτος ο Αϊνστάιν «αυθαίρετα» το 1917 στη Γενική Σχετικότητα για να υποστηρίξει την ύπαρξη ενός στατικού Σύμπαντος, αφού οι αρχικές εξισώσεις του προέβλεπαν ότι το Σύμπαν διαστέλλεται. Οταν όμως οι παρατηρήσεις του Εντουιν Χαμπλ (1889-1953) απέδειξαν ότι το Σύμπαν πράγματι διαστέλλεται, ο Αϊνστάιν απέσυρε τη σταθερά αυτή αποκαλώντας τη το «μεγαλύτερο λάθος της ζωής» του. Κι όμως, απ’ ό,τι φαίνεται δεν αποκλείεται τελικά να αποδειχθεί ότι η «μεγαλύτερη γκάφα της ζωής» του Αϊνστάιν δεν ήταν τόσο η εισαγωγή της κοσμολογικής σταθεράς στις εξισώσεις της Γενικής Σχετικότητας όσο αυτή ακριβώς η απόρριψή της.

Σήμερα το πρόβλημα των συστατικών του «Σκοτεινού Σύμπαντος» είναι από τα πιο πολύπλοκα και συνάμα ενδιαφέροντα θέματα που αντιμετωπίζουν οι σύγχρονοι κοσμολόγοι στη διαμόρφωση των κοσμολογικών τους μοντέλων. Παρ’ όλα αυτά, υπάρχουν πολλά ερωτήματα που χρειάζεται να αποσαφηνιστούν ακόμη. Για παράδειγμα, γιατί η κοσμολογική σταθερά είναι τόσο πολύ μικρότερη απ’ ό,τι η κβαντική θεωρία υπολογίζει την ενέργεια του κενού; Είναι πράγματι σταθερά ή αλλάζει με την πάροδο του χρόνου; Εχει άραγε η αρχική πληθωριστική διαστολή του Σύμπαντος και η μετέπειτα επιτάχυνση της διαστολής την ίδια φυσική προέλευση; Και τέλος, ποιος μπορεί να είναι ο πιο κατάλληλος υποψήφιος για να εξηγήσει την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης; Και φυσικά δεν είναι μόνο αυτές, αλλά υπάρχουν κι άλλες ακόμη παρόμοιες κοσμολογικές ερωτήσεις που απαιτούν πιο λεπτομερείς και τεκμηριωμένες απαντήσεις για να πούμε ότι έχουμε φτάσει τελικά σε μια ικανοποιητική περιγραφή της εξελικτικής πορείας του Σύμπαντος.

https://www.kathimerini.gr/culture/561396274/to-skoteino-sympan/

Επιβεβαιώνεται η ύπαρξη ενός γαλαξία χωρίς σκοτεινή ύλη.

Πριν από τρία χρόνια, μια ομάδα αστρονόμων με επικεφαλής τον Pieter van Dokkum του Πανεπιστημίου Yale εξέπληξε την επιστημονική κοινότητα με την ανακάλυψη του γαλαξία NGC1052-DF2 που δεν περιείχε σκοτεινή ύλη. Για τον ασυνήθιστο αυτόν γαλαξία υπολογίστηκε ότι απέχει 65 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη, έχει περίπου το μέγεθος του δικού μας γαλαξία, αλλά μόνο το ένα διακοσιοστό των άστρων του. Επίσης σε αντίθεση με τον δικό μας- δεν διαθέτει μαύρη τρύπα στο κέντρο του. Η ανακάλυψη, έγινε χρησιμοποιώντας το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble της NASA, ενώ επιβεβαιώθηκε και από άλλα τηλεσκόπια.

«H εύρεση ενός γαλαξία χωρίς σκοτεινή ύλη είναι αναπάντεχη, επειδή αυτή η αόρατη μυστηριώδης ουσία αποτελεί την πιο κυρίαρχη όψη ενός γαλαξία» είχε δηλώσει τότε ο van Dokkum. Νομίζαμε ότι οι γαλαξίες ξεκινούν πάντα τη ζωή τους ως συσσωματώσεις της σκοτεινής ύλης. Στη συνέχεια συμβαίνουν όλα τα άλλα: αέριο πέφτει μέσα στη άλω της σκοτεινής ύλης, το αέριο μετατρέπεται σε άστρα, αυτά αργά μεγαλώνουν, ώσπου στο τέλος εμφανίζονται γαλαξίες όπως ο δικός μας. Όμως ο NGC1052-DF2 θέτει σε αμφισβήτηση τις κυρίαρχες ιδέες για το σχηματισμό των γαλαξιών. Αν υπάρχει σκοτεινή ύλη σε αυτόν τον γαλαξία, θα είναι ελάχιστη. Τα άστρα του αρκούν για να εξηγήσουν όλη τη μάζα του και δεν φαίνεται να υπάρχει καθόλου έξτρα χώρος για τη σκοτεινή ύλη. Έτσι προκύπτει το ερώτημα: αν ένας γαλαξίας δεν ξεκίνησε με αφετηρία τη σκοτεινή ύλη, η οποία στη συνέχεια προσέλκυσε βαρυτικά την κοινή ύλη, τότε πώς σχηματίσθηκε;

Ορισμένοι αστρονόμοι υποθέτουν ότι το εύρημα ήταν λανθασμένο. Συγκεκριμένα, αμφισβήτησαν την ακρίβεια των μετρήσεων της απόστασης του γαλαξία NGC 1052-DF2 από τη Γη.

Σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο The Astrophysical Journal Letters, ο van Dokkum, ο μεταπτυχιακός φοιτητής Zili Shen και οι συνεργάτες τους, προσδιόρισαν εκ νέου την απόσταση της Γης από τον NGC 1052-DF2 και επιβεβαίωσαν το προηγούμενο εύρημα.

Σύμφωνα με τον van Dokkum, «ήταν πολύ λογικό να υπάρχουν αστροφυσικοί που αμφισβητούσαν το εύρημα, γιατί επρόκειτο για εντελώς ασυνήθιστο αποτέλεσμα. Θα ήταν ωραίο αν υπήρχε μια απλή εξήγηση, όπως μια λάθος απόσταση. Αλλά νομίζω ότι είναι πιο διασκεδαστικό και πιο ενδιαφέρον αν πράγματι πρόκειται για έναν παράξενο γαλαξία»

Ο ακριβής προσδιορισμός της απόστασης του γαλαξία DF2 από τη Γη είναι ζωτικής σημασίας για τον προσδιορισμό της σκοτεινής ύλης που περιέχει. Ο υπολογισμός της συνολικής μάζας βασίζεται στις κινήσεις των άστρων μέσα στον γαλαξία. Οι ταχύτητές τους επηρεάζονται από την βαρυτική αλληλεπίδραση. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η παρατηρούμενη αστρική μάζα, η οποία εξαρτάται από την απόσταση, ταιριάζει με τη συνολική μάζα του γαλαξία, και αφήνει ελάχιστο χώρο για σκοτεινή ύλη.

Ωστόσο, αν ο DF2 ήταν πιο κοντά στη Γη, όπως ισχυρίζονται ορισμένοι αστρονόμοι, θα ήταν εγγενώς πιο αμυδρός και με μικρότερη μάζα. Ο γαλαξίας, επομένως, θα έπρεπε να έχει περισσότερη σκοτεινή ύλη για να εξηγήσει τα παρατηρούμενα αποτελέσματα της ολικής μάζας.

Στην αρχική μελέτη, η ομάδα του van Dokkum υπολόγισε ότι ο γαλαξίας DF2 απείχε 65 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη. Άλλες επιστημονικές ομάδες, που εργάζονται ανεξάρτητα, εκτίμησαν την απόσταση στα 42 εκατομμύρια έτη φωτός από την Γη.

Για τον επαναπροσδιορισμό της απόστασης, οι Van Dokkum και Shen χρησιμοποίησαν το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble για να παρατηρήσουν γηραιότερα άστρα του γαλαξία, ερυθρούς γίγαντες που βρίσκονται στα εξωτερικά μέρη του, και από την λαμπρότητά τους υπολόγισαν την απόσταση του γαλαξία από τη Γη.

Βρήκαν μια απόσταση στα 72 εκατομμύρια έτη φωτός, επιβεβαιώνοντας στην ουσία τον αρχικό τους υπολογισμό και το συμπέρασμα ότι ο γαλαξίας αυτός δεν περιέχει σκοτεινή ύλη.

Συνήθως όταν παρατηρούμε έναν γαλαξία βλέπουμε μόνο την κανονική ύλη που αποτελεί την «κορυφή του παγόβουνου». Δεν μπορούμε να δούμε το μεγαλύτερο μέρος της μάζας του που είναι η μυστηριώδης αόρατη σκοτεινή ύλη. Στην περίπτωση του γαλαξία DF2 αυτό που παρατηρούμε δεν είναι μόνο η κορυφή του παγόβουνου, αλλά ολόκληρο το παγόβουνο.

Ωστόσο, το μυστήριο του πώς σχηματίστηκε ένας γαλαξίας χωρίς σχεδόν σκοτεινή ύλη παραμένει. Μετά την αρχική ανακάλυψη του van Dokkum το 2018, ο αστρονόμος Shany Danieli, ανακάλυψε έναν δεύτερο γαλαξία τον NGC 1052-DF4 – που επίσης δεν περιέχει σκοτεινή ύλη. Και το 2020, μια ανεξάρτητη ερευνητική ομάδα βρήκε 19 νάνους γαλαξίες που μπορεί να μην περιέχουν σκοτεινή ύλη.

Σύμφωνα με τον Zili Shen «Υπάρχει ένα ρητό ότι οι εξαιρετικοί ισχυρισμοί απαιτούν εξαιρετικά αποδεικτικά στοιχεία και η νέα μέτρηση απόστασης υποστηρίζει κατηγορηματικά το συμπέρασμα ότι ο γαλαξίας DF2 δεν περιέχει σκοτεινή ύλη (ή περιέχει ελάχιστες ποσότητες). Μήπως λοιπόν ήρθε η ώρα να αρχίσει η συζήτηση για το πως δημιουργούνται αυτοί γαλαξίες;»

https://physicsgg.me/2021/06/21/%ce%b5%cf%80%ce%b9%ce%b2%ce%b5%ce%b2%ce%b1%ce%b9%cf%8e%ce%bd%ce%b5%cf%84%ce%b1%ce%b9-%ce%b7-%cf%8d%cf%80%ce%b1%cf%81%ce%be%ce%b7-%ce%b5%ce%bd%cf%8c%cf%82-%ce%b3%ce%b1%ce%bb%ce%b1%ce%be%ce%af%ce%b1/

Κβαντικός κρύσταλλος ως «κλειδί» για τη σκοτεινή ύλη.

Αξιοποιώντας μια «ιδιαιτερότητα/ παραξενιά» της κβαντομηχανικής, ερευνητές ήταν σε θέση να δημιουργήσουν έναν κρύσταλλο βηρυλλίου ικανό να αντιμετωπίζει απίστευτα αδύναμα ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Αυτό θα μπορούσε κάποια στιγμή να χρησιμοποιηθεί για τον εντοπισμό υποθετικών σωματιδίων σκοτεινής ύλης, των αξιονίων.

Οι επιστήμονες δημιούργησαν τον κρύσταλλο «παγιδεύοντας» 150 φορτισμένα σωματίδια βηρυλίου ή ιόντα χρησιμοποιώντας ένα σύστημα ηλεκτροδίων και μαγνητικών πεδίων που βοήθησε στο να ξεπεραστεί η φυσική τους αλληλοαπώθηση, είπε στο Live Science η Άννα Μαρία Ρέι, ατομική φυσικός στο JILA (κοινό ινστιτούτου μεταξύ του National Institute of Standards and Technology και το University of Colorado Boulder).

Όταν η Ρέι και οι συνάδελφοί της παγίδευσαν τα ιόντα με το σύστημά τους, τα άτομα μπήκαν μόνα τους σε διάταξη ενός επίπεδου φύλλου πάχους διπλάσιου από μια ανθρώπινη τρίχα. Αυτή η «κολεκτίβα» παρέπεμπε σε κρύσταλλο, ο οποίος δονείται όταν διαταράσσεται από κάποια εξωτερική δύναμη.

«Όταν διεγείρεις τα άτομα, δεν κινούνται μεμονωμένα» είπε η Ρέι. «Κινούνται συνολικά».

Όταν αυτός ο «κρύσταλλος» βηρυλλίου συνάντησε ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, κινήθηκε ως αντίδραση, και αυτή η κίνηση θα μπορούσε να «μεταφραστεί» ως μέτρηση της δύναμης του πεδίου. Ωστόσο οι μετρήσεις οποιουδήποτε κβαντικού μηχανικού συστήματος υπόκεινται σε όρια που τίθενται από την αρχή της απροσδιοριστίας του Χάιζενμπεργκ, που δηλώνει ότι συγκεκριμένες ιδιότητες ενός σωματιδίου, όπως η θέση και το momentum του, δεν μπορούν να είναι γνωστές ταυτόχρονα με υψηλή ακρίβεια.

Η ομάδα βρήκε έναν τρόπο να «παρακάμψει» αυτό το όριο μέσω της διεμπλοκής, όπου οι ιδιότητες των κβαντικών σωματιδίων συνδέονται άρρηκτα μεταξύ τους. «Χρησιμοποιώντας τη διεμπλοκή, μπορούμε να αντιληφθούμε πράγματα που δεν είναι δυνατά διαφορετικά».

Σε αυτή την περίπτωση η ίδια και οι συνάδελφοί της ενέπλεξαν τις κινήσεις των ιόντων βηρυλλίου με τα σπιν τους. Τα κβαντικά συστήματα μοιάζουν με μικροσκοπικές κορυφές και το σπιν περιγράφει την κατεύθυνση προς την οποία «δείχνουν» οι κορυφές αυτές.

Όταν οι κρύσταλλος δονείται, τότε κινείται κατά μια συγκεκριμένη ποσότητα. Αλλά λόγω της αρχής της απροσδιοριστίας (ή αβεβαιότητας), οποιαδήποτε μέτρηση αυτού του εκτοπισμού, ή της κίνησης των ιόντων, θα υπόκειται σε όρια ακριβείας και θα περιλαμβάνει πολύ κβαντικό «θόρυβο» είπε η Ρέι.

Για τη μέτρηση του εκτοπισμού, «χρειαζόμαστε έναν εκτοπισμό μεγαλύτερο από τον κβαντικό θόρυβο» είπε.

Η διεμπλοκή μεταξύ των κινήσεων των ιόντων και των σπιν τους εξαπλώνει αυτόν τον «θόρυβο», μειώνοντάς τον και επιτρέποντας στον ερευνητή να μετρήσει εξαιρετικά μικρές διακυμάνσεις στον κρύσταλλο. Το σύστημα αυτό δοκιμάστηκε μέσω της αποστολής ενός αδύναμου ηλεκτρομαγνητικού κύματος και της παρατήρησης της δόνησής του.

Ο κρύσταλλος είναι ήδη 10 φορές πιο ευαίσθητος ως προς τον εντοπισμό ηλεκτρομαγνητικών σημάτων από ό,τι προηγούμενοι κβαντικοί αισθητήρες. Ωστόσο η ομάδα θεωρεί πως, με περισσότερα ιόντα βηρυλλίου, θα δημιουργούσαν έναν ακόμα πιο ευαίσθητο αισθητήρα, ικανό για τον εντοπισμό αξιονίων.

https://www.naftemporiki.gr/story/1766663/kbantikos-krustallos-os-kleidi-gia-ti-skoteini-uli

Ενδείξεις για την ύπαρξη γαλαξιών χωρίς σκοτεινή ύλη.

Μια διεθνής ομάδα αστρονόμων δεν βρήκε καθόλου ίχνη σκοτεινής ύλης στον γαλαξία AGC 114905. Αυτό ενισχύει την πεποίθηση ότι περιέργως φαίνεται να υπάρχουν στο σύμπαν γαλαξίες που δεν περιέχουν αυτή την μυστηριώδη μορφή αόρατης ύλης.Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον Πάβελ Μανσέρα Πίνια του Πανεπιστημίου του Γκρόνιγκεν και του Αστεροσκοπείου ASTRON της Ολλανδίας αφιέρωσαν 40 ώρες λεπτομερών παρατηρήσεων με ένα άκρως εξελιγμένο τηλεσκόπιο στον συγκεκριμένο γαλαξία, ο οποίος βρίσκεται σε απόσταση 250 εκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη και έχει περίπου το μέγεθος του δικού μας γαλαξία (αλλά περιέχει χίλιες φορές λιγότερα άστρα). Όμως δεν κατάφεραν να ανιχνεύσουν το παραμικρό ίχνος σκοτεινής ύλης.Η κυρίαρχη επιστημονική θεωρία είναι μέχρι στιγμής ότι όλοι οι γαλαξίες μπορούν να υπάρξουν μόνο αν συγκρατούνται από τη σκοτεινή ύλη και τη βαρυτική «συγκολλητική» δύναμή της. Οι ίδιοι ερευνητές στο παρελθόν είχαν ανακαλύψει έξι γαλαξίες με ελάχιστη έως καθόλου σκοτεινή ύλη, αλλά η επιστημονική κοινότητα εμφανίστηκε διστακτική να αποδεχτεί την ανακάλυψη, θεωρώντας ότι έχουν γίνει λανθασμένες μετρήσεις. Όμως οι νέες πιο εξονυχιστικές παρατηρήσεις, οι οποίες για μια ακόμη φορά δεν βρήκαν σκοτεινή ύλη, φαίνεται να επιβεβαιώνουν ότι αυτό είναι κάτι που συμβαίνει στο σύμπαν.«Συνέβη αυτό που περιμέναμε και ελπίζαμε, καθώς επιβεβαιώνονται οι προηγούμενες μετρήσεις μας. Βέβαια παραμένει το πρόβλημα ότι η θεωρία προβλέπει πως πρέπει οπωσδήποτε να υπάρχει σκοτεινή ύλη στον γαλαξία AGC 114905, όμως οι παρατηρήσεις μας λένε ότι δεν υπάρχει. Στην πραγματικότητα, η απόκλιση ανάμεσα στη θεωρία και στην παρατήρηση έγινε πλέον ακόμη μεγαλύτερη», δήλωσε ο Πίνια.Οι αστρονόμοι εξετάζουν ήδη έναν δεύτερο γαλαξία με προσοχή και αν πάλι δεν παρατηρήσουν έμμεσα την «υπογραφή» της σκοτεινής ύλης σε αυτόν, τότε θα ενισχύσουν περαιτέρω την «αιρετική» θεωρία ότι όντως μπορούν να υπάρξουν γαλαξίες χωρίς σκοτεινή ύλη.

https://www.naftemporiki.gr/story/1810153/endeikseis-gia-tin-uparksi-galaksion-xoris-skoteini-uli

H σκοτεινή ύλη ως κοσμικό υπόλειμμα επιπλέον διαστάσεων του Σύμπαντος.

Μια νέα ενδιαφέρουσα θεωρία για τη μυστηριώδη σκοτεινή ύλη ανέπτυξε διεθνής ομάδα ερευνητών. Η σκοτεινή ύλη στην αστρονομία και στην κοσμολογία είναι ένας υποθετικός τύπος ύλης που συνεισφέρει κατά μεγάλο ποσοστό στη συνολική μάζα του Σύμπαντος.Η σκοτεινή ύλη δεν εκπέμπει ούτε απορροφά ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία τουλάχιστον σε βαθμό τέτοιο που να την καθιστά εντοπίσημη από τηλεσκόπια ή άλλα όργανα. Η ύπαρξη και οι ιδιότητές της βασίζονται στις βαρυτικές επιδράσεις πάνω στην ορατή ύλη, στην ακτινοβολία και στη μεγάλης κλίμακας δομή του Σύμπαντος. Το σύμπαν περιέχει 4,9% συνηθισμένη ύλη, 26,8% σκοτεινή ύλη και 68,3% σκοτεινή ενέργεια. Συνεπώς, η σκοτεινή ύλη υπολογίζεται ότι συνεισφέρει κατά 84,5% στη συνολική ύλη και κατά 26,8% στο συνολικό περιεχόμενο του σύμπαντος.Οι ερευνητές από τη Γαλλία και τη Νότιο Κορέα με δημοσίευση τους στην επιθεώρηση «Physical Review Letters» υποστηρίζουν ότι η σκοτεινή ύλη αποτελείται από κάποιο είδος υποθετικών βαρυτονίων με μάζα μικρότερη από 1 MeV (τα συνήθη βαρυτόνια είναι οι φορείς της βαρυτικής αλληλεπίδρασης και θεωρούνται ότι πρέπει να έχουν μηδενική μάζα ηρεμίας, απαραίτητη για την άπειρη ακτίνα δράσης της βαρυτικής αλληλεπίδρασης). Σύμφωνα με την κρατούσα θεωρία τα βαρυτόνια εμφανίστηκαν αμέσως μόλις εκδηλώθηκε η Μεγάλη Έκρηξη το φαινόμενο από το οποίο προέκυψε το Σύμπαν. Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι τα βαρυτόνια (και άρα η σκοτεινή ύλη) είναι κοσμικά κατάλοιπα κάποιων έξτρα διαστάσεων πέραν των τριών διαστάσεων του χώρου και του χρόνου που λογίζεται ως τέταρτη διάσταση που εμείς αναγνωρίζουμε και βιώνουμε στο Σύμπαν.Στη νέα μελέτη αναφέρεται πώς όταν βαρύτητα διαδίδεται διαμέσου των έξτρα διαστάσεων που παραμένουν αθέατες σε εμάς το αποτέλεσμα είναι να παράγονται τα βαρυτόνια με μάζα και έτσι να συντηρείται με αυτόν τον τρόπο η παρουσία της σκοτεινής ύλης και των (όποιων) φαινομένων που παράγει.

https://physicsgg.me/2022/04/11/h-σκοτεινή-ύλη-ως-κοσμικό-υπόλειμμα-επι/

Η σκοτεινή πλευρά.

H σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια έχουν παρόμοιο χαρακτήρα, οπότε η από κοινού παρουσίασή τους έχει λογική βάση. Αμφότερες αναφέρονται σε παρατηρούμενες αστρονομικές κινήσεις δίχως εμφανή αιτία. Θα ήταν ακριβέστερο, αν και λιγότερο εντυπωσιακό, να αναφερόμαστε σε «ανεξήγητες επιταχύνσεις» παρά σε «σκοτεινή ύλη» και «σκοτεινή ενέργεια». Ωστόσο, το μοτίβο των επιπλέον αυτών κινήσεων υποδηλώνει ότι οφείλονται σε βαρυτικές δυνάμεις που, κατά τα άλλα, ασκούνται από αόρατες πηγές. Για να μπορέσουμε να εξηγήσουμε τις διάφορες παρατηρήσεις χρειάζεται να εισαγάγουμε δυο διακριτές νέες πηγές. Εξ ορισμού, αυτές είναι η σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια. Επιτρέψτε μου να τονίσω ότι ούτε η σκοτεινή ύλη ούτε η σκοτεινή ενέργεια είναι «σκοτεινές» με τη συνήθη έννοια του όρου. Αμφότερες έχουν, έως τώρα τουλάχιστον, αποδειχθεί αόρατες. Δεν έχουμε παρατηρήσει ούτε εκπομπή ούτε απόρρόφηση φωτός από τις περιοχές όπου υποτίθεται πως βρίσκεται το οτιδήποτε «σκοτεινό».Η σκοτεινή ύλη θα μπορούσε να συντίθεται από ένα καινούργιο είδος σωματιδίου, το οποίο παρήχθη κατά τη Μεγάλη Έκρηξη και αλληλεπιδρά ανεπαίσθητα με τη συνηθισμένη ύλη. Η σκοτεινή ενέργεια ίσως να είναι μια καθολική πυκνότητα του ίδιου του χώρου. Πρόκειται για τις δημοφιλέστερες ιδέες σχετικά με τη φύση τους μεταξύ των ερευνητών του τομέα^. και ερμηνεύουν ένα μεγάλο εύρος των παρατηρήσεων με πειστικό τρόπο. Υπάρχουν και άλλες ιδέες που βρίσκουν υποστηρικτές, αλλά παραμένουν (σε ακόμη μεγαλύτερο) βαθμό εικασίες.Παρόμοια προβλήματα – ανεξήγητων επιταχύνσεων – έχουν εμφανιστεί και στο παρελθόν στην αστρονομία. Μια σύντομη αναδρομή θα μας εισαγάγει στην πλοκή του δράματος. Η νευτώνεια μηχανική και ο νόμος της παγκόσμιας έλξης (τα οποία ο Νεύτων αποκαλούσε «το σύστημα του κόσμου»), επί πολλές δεκαετίες μετά τη δημοσίευσή τους, το 1687, όδευαν από θρίαμβο σε θρίαμβο. Πολλοί εκτελούσαν ακριβέστερες παρατηρήσεις των αστρονομικών κινήσεων, ενώ άλλοι προέβαιναν σε πολύ ακριβέστερους και εκτενέστερους υπολογισμούς των προβλέψεων της θεωρίας. Σχεδόν χωρίς εξαίρεση, οι παρατηρήσεις ήταν συμβιβαστές με τις προβλέψεις.Υπήρχαν, ωστόσο, δυο ενοχλητικά προβλήματα. Αφορούσαν τις κινήσεις των πλανητών Ουρανού και Ερμή. Ανέκυπταν εμφανείς αποκλίσεις μεταξύ των προβλέψεων της νευτώνειας θεωρίας και των παρατηρούμενων θέσεων των δυο αυτών πλανητών. Οι αποκλίσεις ήταν πολύ μικρές – συνολικά πολύ μικρότερες από το μέγεθος της Σελήνης στον ουρανό -, αλλά βρίσκονταν σαφώς εκτός των επιτρεπτών ορίων ακρίβειας των παρατηρήσεων. Κάτι έπρεπε να συμβαίνει: είτε οι υπολογισμοί δεν λάμβαναν υπ’ όψιν κάποιον σημαντικό παράγοντα είτε η θεωρία ήταν εσφαλμένη.Όταν μια κατά τα άλλα εξαιρετικά επιτυχής θεωρία σκοντάφτει σε ένα απρόσμενο εμπόδιο, η συντηρητική υπόθεση εργασίας είναι ότι υπάρχει κάτι που δεν έχει ληφθεί υπ’ όψιν. Έτσι, ο John Couch Adams και ο Urbain Le Verrier θεώρησαν το ενδεχόμενο να υπάρχει ένας επιπλέον πλανήτης, απαρατήρητος έως τότε, του οποίου η βαρύτητα εξέτρεπε τον Ουρανό εκτός της αναμενόμενης πορείας. Με άλλα λόγια, διατύπωσαν την άποψη ότι το πρόβλημα προέρχονταν από ένα συγκεκριμένο είδος «σκοτεινής ύλης».Οι Adams και Le Verrier υπολόγισαν που ακριβώς έπρεπε να βρίσκεται ο νέος πλανήτης, και σε ποιο σημείο του νυκτερινού ουρανού θα εμφανιζόταν. Ο Le Verrier γνωστοποίησε την πρόβλεψή του στο Αστεροσκοπείο του Βερολίνου. Οι παρατηρητές-αστρονόμοι κοίταξαν, και τον είδαν. Ο νέος πλανήτης, που ανακαλύφθηκε το 1846, ονομάζεται τώρα Ποσειδώνας.Ο Le Verrier ακολούθησε μια παρόμοια προσέγγιση για το πρόβλημα με τον Ερμή. Έθεσε αξιωματικά την ύπαρξη ενός ακόμη νέου πλανήτη, τον οποίο αποκαλούσε Ήφαιστο. Ο Ήφαιστος θα έπρεπε να βρίσκεται πολύ κοντά στον Ήλιο, ώστε η βαρύτητά του να μπορεί να επηρεάζει τον Ερμή αλλά να μην προξενεί αισθητή επίδραση στους άλλους πλανήτες. Αυτό μπορούσε να εξηγήσει γιατί ο Ήφαιστος δεν είχε ακόμη παρατηρηθεί, αφού ο Ήλιος αποτελεί ένα υπόβαθρο εξαιρετικά δυσχερές για τη σχετική παρατήρηση.Οι αστρονόμοι επιδόθηκαν στην αναζήτηση του Ήφαιστου, ιδιαίτερα κατά τη διάρκεια ηλιακών εκλείψεων. Ουκ ολίγοι ανέφεραν επιτυχείς παρατηρήσεις. Ουδεμία, ωστόσο, έπεισε την επιστημονική κοινότητα, και το πρόβλημα επιδεινωνόταν. Η λύση, εν τέλει, ήλθε από μια εντελώς διαφορετική κατεύθυνση. Το 1915, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν πρόκειται μια θεμελιωδώς καινούργια θεωρία για τη βαρύτητα, τη θεωρία της γενικής σχετικότητας. Παρότι η νευτώνεια θεωρία και η γενική σχετικότητα βασίζονται σε διαφορετικές ιδέες, συχνά δίνουν προβλέψεις. Εντός των ορίων του ηλιακού μας συστήματος, η μεγαλύτερη διαφορά στα αποτελέσματα των προβλέψεών τους (αν και μικρή) αφορά την τροχιά του Ερμή. Ένας εκ των πρώτων μεγάλων θριάμβων της θεωρίας του Αϊνστάιν, από την αρχική ακόμη δημοσίευσή της, ήταν η ικανότητά της, να αναπαράγει την παρατηρούμενη κίνηση του Ερμή. Ένας εκ των πρώτων μεγάλων θριάμβων της θεωρίας του Αϊνστάιν, από την αρχική ακόμη δημοσίευσή της, ήταν η ικανότητά της να αναπαράγει την παρατηρούμενη κίνηση του Ερμή χωρίς την απαίτηση ύπαρξης ενός νέου πλανήτη. Έκτοτε, ο Ήφαιστος δεν έχει παρατηρηθεί.Η «σκοτεινή ενέργεια» είναι μία ακόμη τροποποίηση του νευτώνειου νόμου της βαρύτητας που είχε θεωρητικό κίνητρο, την οποία επίσης πρότεινε ο Αϊνστάιν. Της έδωσε ένα διαφορετικό όνομα: κοσμολογική σταθερά. Και εδράζεται στη γενική σχετικότητα. Μένοντας εντός των εννοιολογικών πλαισίων της, υπάρχει βασικά μόνο ένας τρόπος να μεταβληθεί ο νόμος της βαρύτητας – μία «ελεύθερη παράμετρος», όπως λέμε -, η προσθήκη μιας κοσμολογικής σταθεράς. Την εποχή που την επεξεργαζόταν ο Αϊνστάιν, δεν υπήρχαν διαθέσιμες παρατηρήσεις οι οποίες να απαιτούν μια μη μηδενική κοσμολογική σταθερά^. έτσι, στο πνεύμα του «ξυραφιού του Όκαμ» (ονομάζεται και «αρχή της οικονομίας» σύμφωνα με αυτή, σε γενική διατύπωση, «μεταξύ δυο θεωριών ή εξηγήσεων, όταν όλοι οι υπόλοιποι παράγοντες είναι ταυτόσημοι, προτιμάται η απλούστερη»), υιοθέτησε γι αυτή τη μηδενική τιμή. Ωστόσο, βρισκόταν εκεί διαθέσιμη προς χρήση, αν το απαιτούσαν οι παρατηρήσεις.Εν είδει αστείου, και συνοψίζοντας τους ιστορικούς παραλληλισμούς θα μπορούσαμε να πούμε ότι η σκοτεινή ύλη κατάγεται από τον Ποσειδώνα, ενώ η σκοτεινή ενέργεια από τον Ερμή. Το ενθαρρυντικό μήνυμα από την ιστορική μελέτη είναι ότι τα σοβαρά και ενδιαφέροντα μυστήρια συχνά βρίσκουν αντάξιες λύσεις.

πηγή: Frank Wilczek, «Τα θεμελιώδη – δέκα κλειδιά για την πραγματικότητα«, μετάφραση: Ανδρέας Δημητρόπουλος, εκδόσεις Κάτοπτρο.

https://physicsgg.me/2022/04/12/τα-θεμελιώδη-δέκα-κλειδιά-για-την-πραγ/

Απαιτείται μια νέα θεωρία για την κατανόηση της ύλης στο Σύμπαν.

… τονίστηκε στο παγκόσμιο συνέδριο διαστημικής έρευνας COSPAR ‘22 που φιλοξενείται στην ΑθήναΣτα πολύτιμα εργαλεία που έχουμε στη διάθεσή μας για να διαβάσουμε κάτω από ένα νέο πρίσμα το Σύμπαν αναφέρθηκαν τρεις κορυφαίοι επιστήμονες της διαστημικής έρευνας, οι οποίοι συμμετέχουν στο παγκόσμιο συνέδριο αστρονομίας Cospar που φέτος φιλοξενείται στην Αθήνα.Αν και το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb έχει αυτήν την περίοδο την τιμητική του με τις εικόνες τού απώτερου σύμπαντος που συνέλαβε στον φακό του, εξίσου σημαντικός είναι ο ρόλος πιο αφανών πιονέρων της έρευνας, όπως το φασματόμετρο AMS στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό.Όπως σημείωσε στη συνέντευξη Τύπου ο επικεφαλής ερευνητής του προγράμματος AMS Experiment στο ΜΙΤ Αντρέι Κούνιν, «ο AMS έχει συλλέξει τα τελευταία δέκα χρόνια 200 δισ. κοσμικές ακτίνες, οδηγώντας σε νέες γνώσεις για το Σύμπαν, ενώ οι μελέτες του AMS για βαρύτερα σωματίδια αντιύλης ανοίγουν ένα νέο ανεξερεύνητο πεδίο». Ο ίδιος εξήγησε πως «η ακριβής και συστηματική μελέτη των κοσμικών πυρήνων (μέχρι ενέργειες πολλών τρισ. ηλεκτρονιοβόλτ) δείχνει ότι απαιτείται μια νέα, ολοκληρωμένη θεωρία για την κατανόηση της ύλης στο Σύμπαν».Ο AMS είναι ένας ανιχνευτής σωματιδιακής φυσικής προσαρμοσμένος να λειτουργεί στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. Και είναι ο ιδανικός μαγνητικός φασματογράφος για τη μελέτη των ιδιοτήτων της αρχέγονης αντιύλης και της ύλης που, όπως είπε ο Αντρέι Κούνιν, έχουν ίση μάζα αλλά αντίθετο φορτίο, ενώ απορροφώνται από τη γήινη ατμόσφαιρα. «Τα σωματίδια αντιύλης (ποζιτρόνια και αντιπρωτόνια) παρέχουν ισχυρές ενδείξεις ότι προέρχονται από τις συγκρούσεις σωματιδίων σκοτεινής ύλης ή από νέα αστροφυσικά αντικείμενα» υπογράμμισε ακόμη.Οι μαύρες τρύπες και η αναζήτησή τους με το James Webb ήταν το θέμα που ανέπτυξε με εκλαϊκευμένο τρόπο ο βραβευμένος με Νομπέλ επιστήμονας Τζον Μάθερ. «Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb της NASA, της ESA και της CSA, εκτοξεύθηκε στις 25 Δεκεμβρίου 2021 με έναν πύραυλο Ariane 5 και άρχισε να λειτουργεί επιστημονικά, με πιθανή διάρκεια ζωής 20 ετών. Το τηλεσκόπιο και τα επιστημονικά του όργανα είναι καλύτερα από τις προβλέψεις, και έχουν ήδη δημοσιοποιηθεί 5 πρώιμες παρατηρήσεις: το νεφέλωμα της Τρόπιδας (περιοχή αστρογένεσης), ο εξωπλανήτης WASP-96 b, το Νότιο Δακτυλιοειδές Νεφέλωμα (πλανητικό νεφέλωμα), το κουιντέτο του Stephan (αλληλεπιδρώντες γαλαξίες, συμπεριλαμβανομένου ενός ενεργού γαλαξιακού πυρήνα), και το SMACS 0723 (γαλαξιακό σμήνος με βαρυτικούς φακούς και φάσματα πρώιμων γαλαξιών)».Στον μικροδορυφόρο MICROSCOPE αναφέρθηκε τέλος ο επικεφαλής του προγράμματος Μάνουελ Ροντρίγκες. Ο μικροδορυφόρος αυτός πέταξε από το 2016 έως το 2018, ενώ η επεξεργασία των δεδομένων του που σχετίζονται με την λεγόμενη Αρχή της Ισοδυναμίας, ολοκληρώθηκε πέρυσι και θα παρουσιαστούν τον ερχόμενο Σεπτέμβριο.Το συνέδριο COSPAR ’22 που συγκέντρωσε στη χώρα μας την αφρόκρεμα της διαστημικής έρευνας θα ολοκληρώσει τις εργασίες του την ερχόμενη Κυριακή 24 Ιουλίου.

https://physicsgg.me/2022/07/20/απαιτείται-μια-νέα-θεωρία-για-την-κατα/

Μια «σκοτεινή» διάσπαση ατομικού πυρήνα.

Πριν από περίπου τρία χρόνια, οι Wolfgang «Wolfi» Mittig και Yassid Ayyad αναζητούσαν την αόρατη μάζα του σύμπαντος, γνωστή ως σκοτεινή ύλη, στην καρδιά ενός ατόμου. Η αναζήτηση εκείνη δεν τους οδήγησε στη σκοτεινή ύλη, βρήκαν όμως κάτι που δεν είχαν δει ποτέ μέχρι τότε, κάτι που δεν μπορούσαν να εξηγήσουν.

Σύμφωνα με τον Mittig: «Ήταν κάτι σαν αστυνομική ιστορία. Ξεκινήσαμε να ψάχνουμε για σκοτεινή ύλη και δεν τη βρήκαμε. Αντίθετα, βρήκαμε άλλα πράγματα που ήταν δύσκολο να εξηγηθούν από τη θεωρία».Έτσι, συνέχισαν τα πειράματά τους στο NSCL (National Superconducting Cyclotron Laboratory) που βρίσκεται στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν, συγκεντρώνοντας όλο και περισσότερα δεδομένα.Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύθηκαν στις 28 Ιουνίου στο περιοδικό Physical Review Letters [Evidence of a Near-Threshold Resonance in ¹¹B Relevant to the β-Delayed Proton Emission of ¹¹Be], όπου αποκαλύπτεται μια ενδιαφέρουσα φυσική που βρίσκεται σε εξέλιξη στο εξαιρετικά μικρό κβαντικό βασίλειο των υποατομικών σωματιδίων.Πιο συγκεκριμένα, η ομάδα επιβεβαίωσε ότι όταν ο πυρήνας ενός ατόμου είναι «παραγεμισμένος» με νετρόνια, μπορεί να βρει έναν ακόμα τρόπο προς μια πιο σταθερή διαμόρφωση: αποβάλλει ένα πρωτόνιο!

Έχει σχέση αυτή η διάσπαση με την σκοτεινή ύλη;
Οι φυσικοί πραγματοποίησαν(-ούν) γύρω στα 100 πειράματα για να βρουν τι ακριβώς είναι η σκοτεινή ύλη. Κανένα από αυτά δεν πέτυχε μετά από 20, 30, 40 χρόνια έρευνας.Υπήρχε όμως μια θεωρία, μια πολύ υποθετική ιδέα, ότι θα μπορούσε κανείς να παρατηρήσει την σκοτεινή ύλη με έναν πολύ συγκεκριμένο τύπο πυρήνα. Αυτή η θεωρία βασίζεται σε αυτό που αποκαλείται σκοτεινή διάσπαση. Υποθέτει ότι ορισμένοι ασταθείς πυρήνες, θα μπορούσαν να εκπέμψουν σκοτεινή ύλη καθώς θρυμματίζονται.Έτσι, οι Ayyad, ο Mittig και οι συνεργάτες τους σχεδίασαν ένα πείραμα που θα μπορούσε να αναζητήσει μια «σκοτεινή» διάσπαση ατομικού πυρήνα, γνωρίζοντας ότι οι πιθανότητες ήταν συντριπτικά εναντίον τους. Αλλά το στοίχημα δεν είχε και τόσο μεγάλο ρίσκο όσο ακούγεται, διότι η ανίχνευση εξωτικών διασπάσεων επιτρέπει επίσης στους ερευνητές να κατανοήσουν καλύτερα τους κανόνες και τις δομές του πυρηνικού και κβαντικού κόσμου. Οι ερευνητές είχαν μια καλή ευκαιρία να ανακαλύψουν κάτι νέο. Το ερώτημα ήταν τι θα ήταν αυτό.

Βοήθεια από μια άλω
Όταν οι άνθρωποι φαντάζονται έναν πυρήνα, πολλοί σκέφτονται μια άμορφη μπάλα που αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια. Αλλά οι πυρήνες μπορούν να έχουν περίεργα σχήματα, συμπεριλαμβανομένων και αυτών που είναι γνωστοί ως πυρήνες με άλω.Το βηρύλλιο-11 είναι ένα παράδειγμα τέτοιου πυρήνα. Είνα ένα ισότοπο του στοιχείου βηρύλλίου που έχει τέσσερα πρωτόνια και επτά νετρόνια στον πυρήνα του. Διατηρεί τα 10 από τα 11 πυρηνικά σωματίδιά του σε ένα πυκνό κεντρικό σύμπλεγμα. Αλλά ένα νετρόνιο βρίσκεται πολύ μακριά και χαλαρά συνδεδεμένο με τον υπόλοιπο πυρήνα.Το βηρύλλιο-11 είναι ασταθές. Ο χρόνος ζωής του είναι περίπου 13,8 δευτερόλεπτα και υφίσταται διάσπαση βήτα. Πιο συγκεκριμένα, η διάσπαση β^– σχετίζεται με την μετατροπή ενός νετρονίου σε πρωτόνιο στον πυρήνα του ατόμου (), που συνοδεύεται με την εκπομπή ενός ηλεκτρονίου και ενός αντινετρίνο. Έτσι προκύπτει ένας σταθερός πυρήνας βορίου-11, με πέντε πρωτόνια και έξι νετρόνια: .Αλλά σύμφωνα με αυτήν την πολύ υποθετική θεωρία, εάν το νετρόνιο που διασπάται είναι αυτό στην άλω του πυρήνα, το βηρύλλιο-11 θα μπορούσε να υποστεί μια σκοτεινή διάσπαση!Το 2019, οι ερευνητές ξεκίνησαν ένα πείραμα στον επιταχυντή σωματιδίων του Καναδά, TRIUMF, αναζητώντας αυτή την πολύ υποθετική διάσπαση. Και βρήκαν μια αποσύνθεση με απροσδόκητα μεγάλη πιθανότητα, αλλά τελικά δεν ήταν μια σκοτεινή διάσπαση.Φαινόταν ότι το χαλαρά δεσμευμένο νετρόνιο του βηρυλλίου-11 εκτόξευε ένα ηλεκτρόνιο όπως στην κανονική διάσπαση β^–, ωστόσο το βηρύλλιο δεν ακολουθούσε την γνωστή διαδρομή διάσπασης προς το βόριο.Η ομάδα υπέθεσε ότι η υψηλή πιθανότητα της διάσπασης θα μπορούσε να εξηγηθεί αν υπήρχε μια κατάσταση στο βόριο-11 ως πύλη για μια διαφορετική διάσπαση, προς βηρύλλιο-10 και ένα πρωτόνιο:. Αυτό σήμαινε ότι ο πυρήνας δεν μεταστοιχειώθηκε, παρέμεινε πάλι βηρύλλιο. Μόνο που τώρα είχε έξι νετρόνια αντί για επτά.Πρόκειται για έναν εξωτικό τύπο ραδιενέργειας. Ήταν στην πραγματικότητα η πρώτη άμεση απόδειξη ραδιενέργειας πρωτονίων από έναν πλούσιο σε νετρόνια πυρήνα.Όμως αυτή η κατάσταση «πύλης» στο βόριο-11 δεν φαινόταν συμβατή με τα περισσότερα θεωρητικά μοντέλα. Και το αποτέλεσμα αντιμετωπίστηκε με σκεπτικισμό.

Στο πείραμα της ομάδας που δημοσιεύθηκε το 2019, το βηρύλλιο-11 διασπάται μέσω της βήτα διάσπασης σε μια διεγερμένη κατάσταση του βορίου-11, το οποίο στη συνέχεια διασπάται προς βηρύλλιο-10 και ένα πρωτόνιο. Στο νέο πείραμα, η ομάδα προσέγγισε την κατάσταση του βορίου-11, προσθέτοντας ένα πρωτόνιο στο βηρύλλιο-10, δηλαδή εκτελώντας την αντίστροφη πυρηνική αντίδραση.

Τα πειράματα στο NSCL
Στο πείραμα της ομάδας του 2019, ο επιταχυντής TRIUMF δημιούργησε μια δέσμη πυρήνων βηρυλλίου-11 η οποία κατευθύνθηκε σε έναν θάλαμο ανίχνευσης όπου οι ερευνητές παρατήρησαν τους πιθανούς τρόπους διάσπασης. Αυτό περιελάμβανε την διαδικασία διάσπασης βήτα με εκπομπή πρωτονίων απο την οποία προκύπτει το βηρύλλιο-10.Στα νέα πειράματα, που πραγματοποιήθηκαν τον Αύγουστο του 2021, η ιδέα της ομάδας ήταν να πραγματοποιήσει την αντίστροφη πυρηνική αντίδραση. Δηλαδή, να προσθέσουν στους πυρήνες βηρυλλίου-10 ένα πρωτόνιο. Δημιούργησαν μια πηγή βηρυλλίου-10, το οποία έχει χρόνο ημιζωής 1,4 εκατομμύρια έτη περίπου, από την οποία θα μπορούσαν στη συνέχεια να παράξουνν ραδιενεργές δέσμες βηρυλλίου-10.Όταν το βηρύλλιο-10 απορροφούσε ένα πρωτόνιο με την κατάλληλη ενέργεια, προέκυπτε ο διεγερμένος πυρήνας που οι ερευνητές πίστευαν ότι ανακάλυψαν πριν από τρία χρόνια νωρίτερα. Επιπλέον, το εκπεμπόμενο πρωτόνιο μπορούσε να ανιχνευθεί ως υπογραφή της διαδικασίας. Σύμφωνα με τον Ayyad: «Τα αποτελέσματα των δύο πειραμάτων είναι πολύ συμβατά».

Ο συντονισμός στην πυρηνική αντίδραση¹⁰Be(p,p) αποδεικνύει την δημιουργία διεγερμένης κατάστασης του πυρήνα ¹¹Β.

Εν τω μεταξύ, μια άλλη ανεξάρτητη ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο της Φλόριντα είχε επινοήσει έναν διαφορετικό τρόπο για να διερευνήσει το αποτέλεσμα του 2019. Οι δύο ομάδες ήρθαν σε επαφή και συνέκριναν τα αποτελέσματά τους. Τα οποία δεν πέρασαν απαρατήρητα από την επιστημονική κοινότητα.

Μια ανοιχτή υπόθεση στα ανοιχτά κβαντικά συστήματα
Τα πειράματα αυτά θα μπορούσαν να συνεισφέρουν στην μελέτη των λεγόμενων ανοιχτών κβαντικών συστημάτων. Τα ανοιχτά κβαντικά συστήματα είναι κυριολεκτικά παντού, αλλά το να βρεις ένα που να είναι παραγματοποιήσιμο ώστε να μάθεις κάτι από αυτό είναι πρόκληση, ειδικά σε θέματα ατομικών πυρήνων. Οι Mittig και Ayyad είδαν μία τέτοια δυνατότητα στους χαλαρά συνδεδεμένους πυρήνες. Τα ανοιχτά κβαντικά συστήματα είναι ένα γενικό φαινόμενο, αλλά είναι μια νέα ιδέα στην πυρηνική φυσική.

Σε ένα ανοιχτό κβαντικό σύστημα, μια διακριτή ή μεμονωμένη κατάσταση, ανάλογη με το βόριο-11 (αριστερά), αναμιγνύεται με το συνεχές των καταστάσεων, που σχετίζεται με το βηρύλλιο-10 (μέσο), οδηγώντας σε μια νέα κατάσταση «συντονισμού» (δεξιά)

Αλλά αυτή η αστυνομική ιστορία είναι ακόμα στα πρώτα της κεφάλαια. Για την ολοκλήρωσή της οι φυσικοί χρειάζονται περισσότερα δεδομένα για να κατανοήσουν πλήρως αυτό που βλέπουν. Αυτό σημαίνει ότι θα συνεχίσουν να πειραματίζονται και να ερευνούν.

https://physicsgg.me/2022/07/25/μια-σκοτεινή-διάσπαση-ατομικού-πυρήν/

Ένα πείραμα απορρόφησης της σκοτεινής ύλης.

Aναλύθηκαν τα πρώτα δεδομένα ενός πειράματος που στοχεύει στην άμεση ανίχνευση της σκοτεινής ύλης. Το εν λόγω πείραμα αναζητά μια μορφή σκοτεινής ύλης που είναι γνωστή ως φερμιονική σκοτεινή ύλη, διαμέσου της απορρόφησής της από πυρήνες Ξένου.

PandaX: ένας ανιχνευτής σκοτεινής ύλης στην Κίνα

Κατά την τελευταία δεκαετία, οι φυσικοί έχουν επανειλημμένα εξετάσει λεπτομερώς δεξαμενές που περιέχουν τόνους υγρού ξένου, ελπίζοντας να εντοπίσουν τις λάμψεις φωτός που θα μπορούσαν να προκαλούνται από την σύγκρουση μεταξύ ενός σωματιδίου σκοτεινής ύλης και ενός ατόμου ξένου. Οι περισσότερες από αυτές τις μελέτες ήταν αφιερωμένες στην ανίχνευση των λεγόμενων ασθενώς αλληλεπιδρώντων μαζικών σωματιδίων (WIMPs=Weakly Interactive Massive Particles – Ασθενώς Αλληλεπιδρώντα Σωματίδια με Μάζα), υποθετικά σωματίδια σκοτεινής ύλης με μάζα μεγαλύτερη από 10 GeV. Σε μια νέα δημοσίευση οι ερευνητές παρουσίασαν την ανάλυση ενός νέου συνόλου δεδομένων όπου έψαχναν για πιο ελαφρά σωματίδια τα οποία ανήκουν στην υποθετική φερμιονική σκοτεινή ύλη με μάζα μερικές δεκάδες MeV. Παρόλο που δεν βρήκαν κανένα σήμα πέρα από το αναμενόμενο επίπεδο υποβάθρου, έθεσαν τους μεγαλύτερους μέχρι τώρα περιορισμούς σε μοντέλα φερμιονικής σκοτεινής ύλης με σωματίδια μάζας μικρότερες των GeV.Το σύνολο δεδομένων είναι το πρώτο που ελήφθη από το πείραμα PandaX-4T στο υπόγειο εργαστήριο της Κίνας Jinping. Η ομάδα του PandaX έψαξε σ’ αυτά τα δεδομένα για ενδείξεις μιας αλληλεπίδρασης πέρα από το καθιερωμένο πρότυπο, στην οποία ένα σωματίδιο φερμιονικής σκοτεινής ύλης απορροφάται από τον πυρήνα ενός ατόμου ξένου. Μετά την απορρόφηση, ο πυρήνας του ξένου ανακρούεται εκπέμποντας είτε ένα νετρίνο είτε ένα αντινετρίνο. Η αλληλεπίδραση θα πρέπει επίσης να προκαλέσει μια εναπόθεση ενέργειας με τη μορφή φωτονίων και ηλεκτρονίων, τα οποία θα καταγραφούν σε φωτοανιχνευτές στα άκρα της δεξαμενής. Σε αντίθεση με τη σκέδαση των WIMPs, η οποία προβλέπεται να παράγει μια εναπόθεση ενέργειας ευρέος φάσματος, η απορρόφηση από τους πυρήνες των φερμιονικών σωματιδίων σκοτεινής ύλης θα πρέπει να εναποθέτει ενέργεια σε ένα στενό εύρος.Τα δεδομένα που συλλέχθηκαν μέχρι στιγμής αντιπροσωπεύουν το ισοδύναμο της έκθεσης 0,6 τόνων υγρού ξένου στην υποθετική φερμιονική σκοτεινή ύλη επί ένα χρόνο. Όταν το PandaX-4T ολοκληρωθεί το 2025, θα έχει επιτύχει αθροιστική έκθεση 10 φορές μεγαλύτερη, δημιουργώντας ακόμη ισχυρότερους περιορισμούς στη θεωρία(*). Κάτι που θα μπορούσε να οδηγήσει και στην απόρριψή της, προκαλώντας μεταξύ άλλων και υπαρξιακά αδιέξοδα στους εμπλεκόμενους θεωρητικούς-πειραματικούς φυσικούς.

πηγή: https://physics.aps.org/articles/v15/s138

https://physics.aps.org/articles/v15/s138

(*) Τα ίδια ισχύουν και για τον ανιχνευτή XENONnT (Potential Dark Matter Signal Gives Way to New Limits), έτσι ώστε κάποιοι φυσικοί προτείνουν ότι «με τόσο πολύ ξένον, θα μπορούσαν να ερευνηθούν κι άλλα ενδιαφέροντα πράγματα εκτός από τη σκοτεινή ύλη, συμπεριλαμβανομένων των νετρίνων και άλλων εξαιρετικά σπάνιων διεργασιών. Αυτοί οι υπερευαίσθητοι ανιχνευτές μπορούν να «βλέπουν» πράγματα, διαφορετικά από αυτά για τα οποία κατασκευάστηκαν. Ίσως επιβεβαιωθεί πάλι αυτό που έλεγε ο φυσικός Freeman Dyson, ότι «οι νέες κατευθύνσεις στην επιστήμη ξεκινούν συχνότερα από νέα εργαλεία παρά από νέες έννοιες’.

https://physicsgg.me/2022/10/16/ένα-πείραμα-απορρόφησης-της-σκοτεινή/

Ημέρα Σκοτεινής Ύλης.

Σήμερα είναι η Ημέρα Σκοτεινής Ύλης.

https://www.interactions.org/dark-matter-day
Η Σκοτεινή Ύλη είναι ελάχιστα τρομακτική σε σχέση με άλλα πράγματα που συμβαίνουν σήμερα, αλλά πολύ πιο μυστηριώδης.

Την ψάχνουμε … την ψάχνουμε … και την ψάχνουμε … αλλά δεν μπορούμε να την δούμε. Ούτε καν με τα πιο ισχυρά τηλεσκόπια μας.

Παρά το γεγονός ότι είναι αόρατη, οι επιστήμονες υπολογίζουν ότι η σκοτεινή ύλη αποτελεί το 85% της μάζας του Σύμπαντός μας! Δεν πιστεύουμε πως είναι ομοιόμορφα κατανεμημένη σε όλους τους γαλαξίες, ή ακόμα και σε ολόκληρο το Σύμπαν.

Επειδή δεν υπάρχουν γαλαξιακές ζυγαριές, οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν τα μαθηματικά για να ζυγίσουν τα πράγματα στο διάστημα. Αποδεικνύεται ότι οι εξωτερικοί βραχίονες των σπειροειδών γαλαξιών περιστρέφονται τόσο γρήγορα που αν αποτελούνταν μόνο από την ορατή μάζα τους θα είχαν διαλυθεί. Έτσι προτάθηκε η ύπαρξη μιας αόρατης ύλης που δεν αλληλεπιδρά με το φως ώστε η επιπλέον βαρύτητα να εξισσοροπεί τις φυγόκεντρες δυνάμεις:

Παρά το γεγονός ότι δεν έχει ομοιόμορφη κατανομή, η Σκοτεινή Ύλη εξακολουθεί να υπάρχει παντού. Ίσως την επόμενη φορά που θα είστε στο αυτοκίνητό σας ή θα περπατάτε κάπου, ελέγξτε ξανά μήπως … έχει γλιστρήσει στο πίσω κάθισμα ή στην τσέπη σας!

Το CERN και το Boulby Underground Laboratory 

https://www.ukri.org/?_gl=1*szuu16*_ga*NTQ3NjQ0NzI3LjE2NjcyMTY3NTY.*_ga_HPSM59M7J4*MTY2NzIxNjc1Ni4xLjEuMTY2NzIxNjc3OC4wLjAuMA..

έχουν δεσμευτεί να ξεσκεπάσουν τη σκοτεινή ύλη. Και τα δυο εργαστήρια εκτελούν διαφορετικά πειράματα σε διαφορετικές χώρες, αλλά έχουν τον ίδιο τελικό στόχο. Η σκοτεινή ύλη εξακολουθεί να τους διαφεύγει, αλλά η συνεργασία τους μπορεί να οδηγήσει στην ανίχνευσή της.

https://physicsgg.me/2022/10/31/ημέρα-σκοτεινής-ύλης-2/

Αναναζητώντας σκοτεινή ύλη στην γειτονιά της Shangri-La.

Η αναζήτηση στις πρώτες μετρήσεις ενός καινούργιου παρατηρητηρίου ακτίνων γάμμα για ενδείξεις διάσπασης βαρέων σωματιδίων σκοτεινής ύλης, θέτει ένα χαμηλότερο όριο στη διάρκεια ζωής αυτών των υποθετικών σωματιδίων.

Ψάχνοντας κανείς για την μυθική Shangri-La 

https://en.wikipedia.org/wiki/Shangri-La

στο Οροπέδιο του Θιβέτ, σίγουρα σε κάποια στιγμή θα συναντήσει το Παρατηρητήριο LHAASO (Large High Altitude Air Shower Observatory) που ανιχνεύει ακτίνες γάμμα από τον Γαλαξία μας και πέρα απ΄αυτόν.
Επειδή ακόμη και ο καθαρός αέρας του οροπεδίου είναι αδιαφανής σε αυτά τα υψηλής ενέργειας φωτόνια, οι αστρονόμοι συμπεραίνουν την παρουσία τους μετρώντας τις διασπάσεις δευτερογενών σωματιδίων που δημιουργούν οι ακτίνες γάμμα όταν συγκρούονται με την ατμόσφαιρα. Η ερευνητική ομάδα του LHAASO ανέλυσε τέτοιες μετρήσεις για να εντοπίσει ίχνη ακτίνων γάμμα που παράγονται από τη διάσπαση της βαριάς σκοτεινής ύλης μέσα στον Γαλαξία μας. Όμως δεν βρέθηκε κανένα τέτοιο ίχνος, οπότε η αναζήτηση έθεσε ένα ανώτερο όριο στον ρυθμό διάσπασης των υποθετικών σωματιδίων της σκοτεινής ύλης με μάζες στην περιοχή των PeV (1 PeV=πετα-ηλεκτρονιοβόλτ= 10¹⁵eV).Ορισμένα θεωρητικά μοντέλα προβλέπουν ότι η σκοτεινή ύλη θα μπορούσε να υπάρχει στη μορφή σωματιδίων με μάζες 100 TeV ή μεγαλύτερη. Aν αυτά τα σωματίδια έχουν πεπερασμένη διάρκεια ζωής και αν διασπώνται προς τα γνωστά σωματίδια του Καθιερωμένου Προτύπου της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων, θα πρέπει να παράγουν ακτίνες γάμμα με ενέργειες πάνω από 10 TeV (1 TeV=τερα-ηλεκτρονιοβόλτ=10¹²eV).Για να αναζητήσει ίχνη τέτοιας βαριάς σκοτεινής ύλης, η ερευνητική ομάδα ανέλυσε δεδομένα που συλλέχθηκαν από τον ανιχνευτή LHAASO κατά τις πρώτες 570 ημέρες λειτουργίας του. Έψαξαν για ακτίνες γάμμα σε πέντε περιοχές του ουρανού μακριά από το Γαλαξιακό Kεντρο. Σύμφωνα με μοντέλα μάζας του Γαλαξία, η πυκνότητα της σκοτεινής ύλης θα πρέπει να είναι η μεγαλύτερη κοντά στο Γαλαξιακό Κέντρο. Έτσι, αν η διάσπαση των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης παράγει ακτίνες γάμμα υψηλής ενέργειας, η μετρούμενη ροή θα πρέπει να ποικίλλει μεταξύ των περιοχών έρευνας.Καθώς δεν ανιχνεύθηκε τέτοια διαφορά, οι ερευνητές παρηγορούνται καταλήγοντας στο συμπέρασμα ότι τα υποθετικά σωματίδια σκοτεινής ύλης με εύρος μαζών της τάξης των PeV έχουν χρόνο ζωής τουλάχιστον ένα δισεκατομμύριο τρισεκατομμύρια χρόνια.Ακόμα και στο Οροπέδιο του Θιβέτ η σκοτεινή ύλη επιμένει να αποφεύγει τους πειραματικούς φυσικούς που την αναζητούν εναγωνίως με κάθε δυνατό τρόπο. Παραμένει απρόσιτη όπως και η μαγική κοιλάδα Shangri-La στην https://en.wikipedia.org/wiki/Shangri-La

Η κυματική φύση της σκοτεινής ύλης.

Η σκοτεινή ύλη θα μπορούσε να αποτελείται από σωματίδια με τόσο μικρή μάζα, ώστε να κυριαρχεί η κυματική φύση τους Αν και οι κινήσεις των γαλαξιών μας δίνουν ενδείξεις ότι η σκοτεινή ύλη σίγουρα υπάρχει, μέχρι σήμερα οι επιστήμονες δεν έχουν εντοπίσει άμεσα αυτό το αόρατο είδος ύλης και δεν έχουν ίδέα από τι μπορεί να αποτελείται.

Το περιεχόμενο του σύμπαντος, σύμφωνα με τις μετρήσεις του διαστημικού τηλεσκοπίου Planck (Μάρτιος 2013)

Η θεωρία που επικράτησε σχετικά με την φύση της σκοτεινής ύλης τις τελευταίες δεκαετίες ήταν ότι αποτελείται από σωματίδια που δρουν σαν μικρές, μικροσκοπικές μπάλες που κινούνται στο διάστημα. Η ιδέα αυτή ακούγεται λογική αν λάβουμε υπόψη ότι η γνωστή μας ύλη – ή ύλη από την οποία αποτελούμαστε και βλέπουμε γύρω μας, συνίσταται από σωματίδια. Αλλά τα τελευταία χρόνια, αρκετοί φυσικοί υποστηρίζουν ότι η σκοτεινή ύλη υπάρχει σε μια διαφορετική μορφή: ως αόρατα κύματα.Το να κυριαρχεί η κυματική φύση της σκοτεινής ύλης σημαίνει ότι τα σωματίδιά της είναι εξαιρετικά ελαφριά – ένα εκατομμυριοστό ή ακόμα και ένα δισεκατομμυριοστό της μάζας ενός ηλεκτρονίου.
Από τις κοσμολογικές παρατηρήσεις προκύπτει η σκοτεινή ύλη του σύμπαντος είναι λιγο πάνω από 1/4 του συνολικού περιεχομένου του σύμπαντος (βλέπε το παραπάνω διάγραμμα). Όσο πιο ελαφρά είναι τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης, τόσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός τους που απαιτείται για να μας δώσουν την συνολική μάζα της στο σύμπαν. Αυτός ο καταιγισμός των σχεδόν χωρίς μάζα σωματιδίων της σκοτεινής ύλης θα την έκανε να συμπεριφέρεται όπως συμπεριφέρονται τα κύματα στο νερό.Σύμφωνα με την πειραματικό πυρηνικό φυσικό του MIT, Lindley Winslow: «Μπορεί να μην βλέπουμε τα μοτίβα της κυματικής συμβολής, αλλά η σκοτεινή ύλη έχει κυματική συμπεριφορά. Φανταστείτε τα κύματα στον ωκεανό να ρέουν προς την ακτή και να σπρώχνουν έναν κολυμβητή. Αντί να ζούμε ανάμεσα σε σκοτεινά σωματίδια που αναπηδούν γύρω μας, ζούμε ανάμεσα σε σκοτεινά κύματα».Πολλές θεωρίες περιγράφουν διαφορετικές εκδοχές της κυματοειδούς σκοτεινής ύλης. Ο δημοφιλέστερος υποψήφιος είναι το αξιόνιο της κβαντικής χρωμοδυναμικής ή αξιόνιο QCD.Στα τέλη της δεκαετίας του 1970, οι σωματιδιακοί φυσικοί Roberto Peccei και Helen Quinn προσπαθούσαν να λύσουν ένα μακροχρόνιο πρόβλημα στην πυρηνική φυσική, γνωστό ως πρόβλημα CP. Το πρόβλημα προέκυψε από τα πειραματικά δεδομένα όταν η συμμετρία μεταξύ των σωματιδίων ύλης και αντιύλης φαινόταν σπασμένη έτσι ώστε να παραβιάζεται ο τρόπος με τον οποίο κατανοούσαν οι φυσικοί το σύμπαν.Όταν οι Peccei και Quinn πρότειναν έναν μηχανισμό που θα μπορούσε να συμβιβάσει τα πειραμαμτικά δεδομένα με την θεωρία, συνειδητοποίησαν ότι αυτός ο μηχανισμός θα παρήγαγε ένα σωματίδιο: το αξιόνιο QCD. Τα αξιόνια QCD θα μπορούσαν να είναι τα υπερελαφρά σωματίδια που δεν αλληλεπιδρούν με την γνωστή ύλη, αλλά η βαρυτική τους έλξη θα μπορούσε να εξηγήσει την κίνηση των γαλαξιών που αποδίδονται στη σκοτεινή ύλη.

Είκοσι περίπου χρόνια μετά την υπόθεση του Einstein ότι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα, όπως το φως, έχει σωματιδιακή υπόσταση, στα 1924, ο Louis de Broglie (Λουί ντε Μπρολί) διατύπωσε την αρχή του κυματοσωματιδιακού δυϊσμού της ύλης ότι: «τα σωματίδια έχουν και κυματική συμπεριφορά παράλληλα με τη σωματιδική». Οι σχέσεις που συνδέουν τα σωματιδιακά χαρακτηριστικά Ε (ενέργεια) και p (ορμή) με τα κυματικά χαρακτηριστικά f (συχνότητα) και λ (μήκος κύματος) είναι:  και  , όπου  , η σταθερά του Planck.
Η υπόθεση de Broglie ότι σε κάθε κινούμενο σώμα αντιστοιχεί ένα κύμα συνήθως δεν έχει εφαρμογή στα φαινόμενα της καθημερινής ζωής, γιατί τα μήκη κύματος των μακροσκοπικών σωμάτων είναι πολύ μικρά. Για παράδειγμα, μια μπάλα μάζας m=1,2kg που κινείται με ταχύτητα υ=3m/s έχει μήκος κύματος λ≈10^–34m. Όμως για να διαπιστωθεί η κυματική φύση της εν λόγω μπάλας, θα πρέπει να γίνουν πειράματα συμβολής ή περίθλασης διαμέσου σχισμών ή εμποδίων παρόμοιας διάστασης με το πολύ μικρό μήκος κύματός της, που βέβαια δεν υπάρχουν στη φύση (συγκριτικά, το άτομο του υδρογόνου έχει ακτίνα της τάξης των 10^–10m).
Αντίθετα, στον μικρόκοσμο το μήκος κύματος ενός ηλεκτρονίου που κινείται με ταχύτητα π.χ. υ=7000 km/s, έχει πολύ μεγαλύτερο μήκος κύματος λ≈10^–10m, δεδομένου ότι η μάζα του ηλεκτρονίου είναι πολύ μικρή m≈9∙10^–31kg.
Ένα σωματίδιο σαν το αξιόνιο QCD με μάζα το ένα εκατομμυριοστό ή ένα δισεκατομμυριοστό της μάζας του ηλεκτρονίου με την ίδια ταχύτητα υ=7000 km/s, θα είχε μήκος κύματος λ≈10^–4m και 0,1m αντίστοιχα, ίδιας τάξης μεγέθους με τα μήκη κύματος των μικροκυμάτων και στο όριο των μηκών κύματος των ραδιοτηλεοπτικών κυμάτων.

 Οι εναλλακτικοί υποψήφιοι για την κυματοειδή σκοτεινή ύλη ταιριάζουν σε διαφορετικές θεωρίες που λύνουν διαφορετικά προβλήματα. «Αυτό που είναι ωραίο με τα σωματίδια που μοιάζουν με αξιόνια είναι ότι θα μπορούσαν να προκύψουν από θεωρίες ανώτερης τάξης», λέει η Lindley Winslow. «Για παράδειγμα, η ύπαρξη των αξιονίων θα ήταν η πρώτη απόδειξη ότι μια θεωρία σαν τη θεωρία χορδών ισχύει και είναι ο σωστός τρόπος για να κατανοήσουμε το σύμπαν» Ένας άλλος υποψήφιος για την κυματοειδή σκοτεινή ύλη είναι το σκοτεινό φωτόνιο, το οποίο «είναι σαν ξάδερφος του φωτονίου», λέει ο Tien-Tien Yu από το Πανεπιστήμιο του Όρεγκον. Αν υπάρχει το σκοτεινό φωτόνιο θα είναι παρόμοιο με το φωτόνιο, με τη διαφορά ότι θα είχε πολύ μικρό ηλεκτρικό φορτίο και θα μπορούσε επίσης να έχει μάζα ηρεμίας.

Μια βελόνα στα άχυρα

Ο τρόπος με τον οποίο οι επιστήμονες αναζητούν την κυματοειδή σκοτεινή ύλη είναι αρκετά διαφορετικός από τον τρόπο που αναζητούν τα σωματίδια σκοτεινής ύλης, λέει ο Yu. «Στην περίπτωση των σωματιδίων, ψάχνετε για ένα σωματίδιο που είτε σκεδάζεται είτε απορροφάται. Ενώ με την κυματοειδή σκοτεινή ύλη, αναζητάτε μεγάλο αριθμό σωματιδίων που ‘συνεργάζονται’ μεταξύ τους».Έτσι, αντί να ψάχνουν για σωματίδια που συμπεριφέρονται όπως οι μπάλες του μπιλιάρδου, οι επιστήμονες αναζητούν κάτι βρίσκεται πιο κοντά σε ένα ραδιοφωνικό σήμα, λέει ο Gray Rybka, που συμμετέχει στο Axion Dark Matter Experiment, ADMX. «Το μεγαλύτερο μέρος του πειράματός μας για την ανίχνευση της κυματοειδούς σκοτεινής ύλης είναι ουσιαστικά ένα πολύ μεγάλο ραδιόφωνο AM με μια μαγνητική διάταξη για την μετατροπή των αξιονίων σε μικροκύματα».Το πείραμα ADMX αποτελείται από έναν μεγάλο μαγνήτη, μια κοιλότητα μικροκυμάτων και εξαιρετικά ευαίσθητα κβαντικά ηλεκτρονικά χαμηλού θορύβου. «Στην ουσία, αναζητούμε μια συνεχή ροή ισχύος που να φαίνεται ότι έρχεται από το πουθενά, αλλά στην πραγματικότητα είναι σκοτεινή ύλη», λέει ο Gray Rybka.Η αναζήτηση της κυματικής συμπεριφοράς της σκοτεινής ύλης, όπως και η αναζήτηση για σωματίδια της σκοτεινής ύλης, είναι μια πολύ δύσκολη εργασία, αφού επιχειρείται η ανίχνευση ενός αχνού σήματος, που με μεγάλη δυσκολία ξεχωρίζει κανείς από το υπόβαθρο άλλων αιτιών που μοιάζουν σ’ αυτό το σήμα. Πρόκειται για μια τεράστια πειραματική πρόκληση, σύμφωνα με τον Yu.Για να αυξηθούν οι πιθανότητες ανίχνευσης, μια ομάδα φυσικών πρότειναν πρόσφατα ένα πείραμα που περιλαμβάνει την αποστολή ατομικών ρολογιών προς το εσωτερικό του ηλιακού μας συστήματος, μεταξύ του Ερμή και του Ήλιου, όπου ορισμένα μοντέλα προβλέπουν μεγαλύτερη πυκνότητα σκοτεινής ύλης και πιθανώς μεγαλύτερη πιθανότητα ανίχνευσής της. Οι ερευνητές προέβλεψαν ότι τα ευαίσθητα και ακριβή ατομικά ρολόγια θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν τις ελαφρές διαταραχές στο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που προκαλούνται από την κυματοειδή σκοτεινή ύλη.

https://physicsgg.me/2023/04/05/η-κυματική-φύση-της-σκοτεινής-ύλης/

Η πιο λεπτομερής χαρτογράφηση της σκοτεινής ύλης του σύμπαντος.

Αστρονόμοι χρησιμοποιώντας το Κοσμολογικό Τηλεσκόπιο Ατακάμα (ACT) στη Χιλή δημιούργησαν τον παραπάνω χάρτη της σκοτεινής ύλης που κατανέμεται στο ένα τέταρτο ολόκληρου του ουρανού και εκτείνεται στα βάθη του σύμπαντος. Οι πορτοκαλί περιοχές δείχνουν τις περιοχές με μεγαλύτερη πυκνότητα μάζας και οι μωβ τις μεριοχές με μικρότερη μάζα ή καθόλου.

Tην πιο λεπτομερή χαρτογράφηση της σκοτεινής ύλης μέχρι σήμερα δημιούργησαν ερευνητές με την χρήση του φαινομένου του «βαρυτικού φακού». Παρά το γεγονός ότι αποτελεί το 85% του σύμπαντος και επηρεάζει την εξέλιξή του, η σκοτεινή ύλη είναι δύσκολο να ανιχνευθεί επειδή δεν αλληλεπιδρά με το φως ή άλλες μορφές ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, αλλά από όσο γνωρίζουμε αλληλεπιδρά μόνο με τη βαρύτητα. Για τον εντοπισμό της ερευνητές που συνεργάζονται με το Κοσμολογικό Τηλεσκόπιο Ατακάμα (ACT) στη Χιλή, το οποίο παροπλίστηκε τον Σεπτέμβριο του 2022, έπειτα από 15 χρόνια λειτουργίας, μελέτησαν το φως που εκπέμπεται μετά την Μεγάλη Έκρηξη, όταν το σύμπαν είχε ηλικία μόλις 380.000 ετών. Αυτό το φως είναι γνωστό ως Κοσμική Μικροκυματική Ακτινοβολία Υποβάθρου (CMB) ή «μωρουδιακή εικόνα του σύμπαντος» και έχει ταξιδέψει για δισεκατομμύρια χρόνια αποτελώντας μάρτυρα της δημιουργίας γαλαξιών και αστεριών.Ο νέος χάρτης χρησιμοποιεί το φως CMB ουσιαστικά ως οπίσθιο φωτισμό για να σκιαγραφήσει όλη την ύλη μεταξύ εμάς και της Μεγάλης Έκρηξης. Η ερευνητική ομάδα παρακολούθησε πώς η βαρυτική έλξη των μεγάλων, βαριών δομών, συμπεριλαμβανομένης της σκοτεινής ύλης, παραμορφώνει το CMB στο 14 δισεκατομμυρίων ετών ταξίδι του προς εμάς, όπως ένας μεγεθυντικός φακός κάμπτει το φως καθώς περνά μέσα από το φακό του. «Φτιάξαμε ένα νέο χάρτη μάζας χρησιμοποιώντας τις παραμορφώσεις του φωτός που έχει απομείνει από τη Μεγάλη Έκρηξη», λέει ο Μάθιου Μανταβασερίλ, επίκουρος καθηγητής στο Τμήμα Φυσικής και Αστρονομίας του Πανεπιστημίου της Πενσιλβάνιας. Ο ίδιος προσθέτει ότι οι μετρήσεις δείχνουν ότι τόσο η ογκώδης μορφή του σύμπαντος όσο και ο ρυθμός με τον οποίο αυξάνεται έπειτα από 14 δισεκατομμύρια χρόνια εξέλιξης, είναι «ακριβώς αυτό που θα περίμενε κανείς από το καθιερωμένο μοντέλο της κοσμολογίας που βασίζεται στη θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν».

https://physicsgg.me/2023/04/11/η-πιο-λεπτομερής-χαρτογράφηση-της-σκο/

Ανιχνεύοντας σκοτεινά φωτόνια με ραδιοτηλεσκόπια.

Από την έρευνα των σπάνιων αλληλεπιδράσεων μεταξύ σκοτεινών φωτονίων και κανονικής ύλης προκύπτουν περιορισμοί σχετικοί με τις ιδιότητες της υπερ-ελαφράς σκοτεινής ύλης.

Το σκοτεινό φωτόνιο είναι ένα υποθετικό σωματίδιο του σκοτεινού τομέα, ένα νέο είδος μποζονίων βαθμίδας, που μεσολαβούν στις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης. Προτείνεται ως φορέας δύναμης               δυνητικά συνδεδεμένης με την σκοτεινή ύλη, παρόμοιας με την ηλεκτρομαγνητική – φορέας της οποίας είναι το φωτόνιο του ηλεκτρομαγνητισμού.

Τα τελευταία χρόνια, οι φυσικοί έχουν αρχίσει να ενδιαφέρονται για την ιδέα της υπερ-ελαφράς σκοτεινής ύλης, σύμφωνα με την οποία η σκοτεινή ύλη συνίσταται από εξαιρετικά χαμηλής μάζας μποζόνια. Ένας τέτοιος υποψήφιος είναι το «σκοτεινό φωτόνιο», το οποίο υποτίθεται πως αλληλεπιδρά ασθενώς με την ύλη συνδεόμενο με κανονικά φωτόνια – μια διαδικασία που ονομάζεται κινητική ανάμειξη. Ο Haipeng An από το Πανεπιστήμιο Tsinghua στην Κίνα και οι συνεργάτες του υποστηρίζουν ότι είναι δυνατή η ανίχνευση σκοτεινών φωτονίων διαμέσου των αλληλεπιδράσεών τους με ελεύθερα ηλεκτρόνια στα ραδιοτηλεσκόπια. Χρησιμοποιώντας δεδομένα από το ραδιοτηλεσκόπιο FAST 

https://en.wikipedia.org/wiki/Five-hundred-meter_Aperture_Spherical_Telescope

στην Κίνα, ο An και οι συνεργάτες του έθεσαν ένα ανώτατο όριο για την πιθανότητα τέτοιων αλληλεπιδράσεων.Σε ραδιοτηλεσκόπια με σχήμα πιάτου όπως το FAST, τα εισερχόμενα ραδιοκύματα διεγείρουν τις ταλαντώσεις των ελεύθερων ηλεκτρονίων στο πιάτο, δημιουργώντας ένα ανακλώμενο σήμα που ανιχνεύεται από τον κεντρικό δέκτη του τηλεσκοπίου. Αν τα σκοτεινά φωτόνια αλληλεπιδράσουν με τα ελεύθερα ηλεκτρόνια στο πιάτο διαμέσου κινητικής ανάμειξης, θα πρέπει να δημιουργούν ηλεκτρομαγνητικά κύματα με συχνότητα που εξαρτάται από τη μάζα των σκοτεινών φωτονίων. Θεωρητικά, η υπογραφή αυτής της αλληλεπίδρασης θα πρέπει να είναι ανιχνεύσιμη και να περιλαμβάνεται μέσα στο συνολικό ραδιοσήμα που λαμβάνεται από το τηλεσκόπιο. Ο An και οι συνεργάτες του αναζήτησαν σημάδια κινητικής ανάμειξης μεταξύ των παρατηρήσεων που πραγματοποίησε το FAST στην περιοχή συχνοτήτων 1–1,5 GHz. Μη βρίσκοντας τέτοια υπογραφή, υπολογίζουν ότι η αδιάστατη τιμή ϵ, που ποσοτικοποιεί τον ρυθμό κινητικής ανάμειξης, δεν είναι μεγαλύτερος από 10⁻¹².Μαζί με την χρήση των υπαρχόντων δεδομένων από το FAST, οι ερευνητές εκτίμησαν την ευαισθησία ανίχνευσης σκοτεινών φωτονίων από τα ραδιοτηλεσκόπιο LOFAR 

https://en.wikipedia.org/wiki/Low-Frequency_Array_(LOFAR)

και το υπό κατασκευή SKA 

https://en.wikipedia.org/wiki/Square_Kilometre_Array

στην Αυστραλία και τη Νότια Αφρική. Στη συνέχεια, σκοπεύουν να αναλύσουν δεδομένα από διαστημικά ραδιοτηλεσκόπια, τα οποία είναι περισσότερο ευαίσθητα σε σήματα που προκαλούνται από σκοτεινά φωτόνια σε χαμηλότερες συχνότητες από αυτές που εξετάζονται στα επίγεια ραδιοτηλεσκόπια.

διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες: Detecting Dark Photons with Radio Telescopes – Direct detection of dark photon dark matter using radio telescopes

https://physicsgg.me/2023/05/05/ανιχνεύοντας-σκοτεινά-φωτόνια-με-ραδ/

Ανακαλύφθηκε άστρο από σκοτεινή ύλη;

Ενώ ένα άστρο σκοτεινής ύλης θα μπορούσε θεωρητικά να υπάρχει, προς το παρόν δεν υπάρχουν στοιχεία που να αποδεικνύουν την ύπαρξή του

Η υψηλής ακρίβειας αστρομετρική αποστολή GAIA του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος ανέφερε πρόσφατα την αξιοσημείωτη ανακάλυψη ενός άστρου σαν τον ήλιο μας, που φαίνεται να περιφέρεται γύρω από ένα αόρατο αντικείμενο, ακολουθώντας ελλειπτική τροχιά με κύριο ημιάξονα 1,4 AU (αστρονομικές μονάδες) και περίοδο 187,8 ημέρες.Ενώ η εύλογη εξήγηση για το κεντρικό σκοτεινό αντικείμενο είναι ότι πρόκειται για μια μαύρη τρύπα, ο εξελικτικός μηχανισμός που οδηγεί στον σχηματισμό ενός τέτοιου συστήματος δύο σωμάτων είναι εξαιρετικά δύσκολος. Οι φυσικοί Alexandre M. Pombo και Ιπποκράτης Δ. Σάλτας, διερευνούν το σενάριο της κεντρικής μαύρης τρύπας και δείχνουν ότι η παρατηρούμενη τροχιακή δυναμική θα μπορούσε να εξηγηθεί επίσης, αν το κεντρικό σκοτεινό αντικείμενο είναι μια σταθερή συσσώρευση σωματιδίων σκοτεινής ύλης – υποθετικά μποζόνια με σπιν 0 ή 1 – γνωστό ως άστρο μποζονίων.Η σκοτεινή ύλη είναι μια αόρατη μορφή ύλης που υπερβαίνει σημαντικά σε μάζα το ορατό τμήμα του σύμπαντος. Σύμφωνα με τα πρόσφατα αποτελέσματα του διαστημικού τηλεσκοπίου Planck μόλις το 4,9% της συνολικής μάζας του σύμπαντος μπορεί να γίνει άμεσα ορατό. Περίπου το 26,8% υπολογίζεται ότι αποτελείται από σκοτεινή ύλη (και το υπόλοιπο 68,3% αποτελείται από σκοτεινή ενέργεια). Μέχρι σήμερα δεν γνωρίζουμε τι ακριβώς είναι η σκοτεινή ύλη. Τα περισσότερα θεωρητικά μοντέλα υποθέτουν ότι η σκοτεινή ύλη κατανέμεται ομοιόμορφα σε κάθε γαλαξία, αλλά υπάρχουν και μοντέλα που επιτρέπουν στη σκοτεινή ύλη να συσσωρεύεται σχηματίζοντας συμπαγή αντικείμενα. Ένα από αυτά τα μοντέλα υποθέτει ότι τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης είναι ένας νέος τύπος μποζονίων.Τα μποζόνια είναι τα σωματίδια – φορείς των δυνάμεων της φύσης. Για παράδειγμα, ένα φωτόνιο είναι το μποζόνιο- φορέας της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης. Ενώ γνωρίζουμε μόνο έναν περιορισμένο αριθμό μποζονίων στο Καθιερωμένο Πρότυπο των στοιχειωδών σωματιδίων, τίποτα δεν εμποδίζει την ύπαρξη κι άλλων πολλών περισσότερων ειδών. Αυτού του είδους τα μποζόνια υποτίθεται πως δεν μεταφέρουν δυνάμεις, αλλά εμποτίζουν το σύμπαν και έχουν την ικανότητα να συσσωματώνονται και να έχουν το μέγεθος άστρων. Αυτά τα υποθετικά αντικείμενα ονομάζονται άστρα μποζονίων.Τα άστρα μποζονίων θα ήταν εντελώς αόρατα. Επειδή η σκοτεινή ύλη δεν αλληλεπιδρά με άλλα σωματίδια ή με το φως, θα μπορούσαμε να τα ανιχνεύσουμε μόνο μέσω της βαρυτικής επιρροής στο περιβάλλον τους – όπως αν ένα κανονικό άστρο περιφερόταν γύρω από ένα άστρο μποζονίων.Σύμφωνα λοιπόν με τους ερευνητές Pombo και Σάλτας, το αόρατο κέντρο γύρω από τον οποίο περιφέρεται το άστρο που ανακάλυψε η GAIA, εκτός από μαύρη τρύπα θα μπορούσε να είναι ένα άστρο σκοτεινής ύλης. Οι ερευνητές προτείνουν επίσης το πώς οι μελλοντικές αστρομετρικές μετρήσεις θα μπορούσαν να διερευνήσουν την θεμελιώδη φύση τέτοιων συμπαγών αντικειμένων ως εναλλακτικές λύσεις για τις μαύρες τρύπες, ανοίγοντας ένα συναρπαστικό παράθυρο στην αναζήτηση σωματιδίων πέρα από το Καθιερωμένου Προτύπου.

διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες στο άρθρο με τίτλο: A Sun-like star orbiting a boson star

https://arxiv.org/abs/2304.09140

https://physicsgg.me/2023/05/25/ανακαλύφθηκε-άστρο-από-σκοτεινή-ύλη/

Όταν η Βέρα Ρούμπιν αποδείκνυε την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης.

ήταν Ιούνιος του 1980…

H Vera Rubin την δεκαετία του 1970

Το 1933, ο Ελβετός αστρονόμος Fritz Zwicky που εργαζόταν στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Καλιφόρνιας, συνειδητοποίησε ότι οι γαλαξίες του σμήνους της Κόμης

https://en.wikipedia.org/wiki/Coma_Cluster

 κινούνταν τόσο γρήγορα που, σύμφωνα με τους νευτώνειους νόμους της κίνησης, θα έπρεπε να έχουν απομακρυνθεί μεταξύ τους και το σμήνος να διαλυθεί. Η μόνη εξήγηση που σκέφτηκε για το γεγονός ότι το σμήνος παραμένει ενιαίο και δεν διαλύεται, είναι ότι περιέχει εκατοντάδες φορές περισσότερη ύλη απ’ όση βλέπουμε με τα τηλεσκόπιά μας. Είτε οι νόμοι του Νεύτωνα ήταν λάθος για τις γαλαξιακές αποστάσεις, ή το σμήνος της Κόμης περιείχε μεγάλες ποσότητες αόρατης ύλης (dunkle Materie=σκοτεινή ύλη) που το συγκρατούσε ενωμένο. Αλλά μια τέτοια προκλητική ιδέα εκείνη την εποχή ήταν αδύνατον να γίνει αποδεκτή από τα «σφαιρικά καθάρματα» της αστρονομίας!

https://physicsgg.me/2011/03/31/τα-σφαιρικά-καθάρματα-της-αστρονομ/

H ιδέα του Zwicky δεν έπεισε κανέναν. Πέρασαν δεκαετίες, μέχρι το 1980, όταν μια αστρονόμος ονόματι Vera Rubin κατάφερε να συγκεντρώσει ένα πειστικό σύνολο αποδεικτικών στοιχείων ότι κάτι αόρατο στο σύμπαν έκανε τους γαλαξίες να συμπεριφέρονται με απροσδόκητους τρόπους.Η Vera Rubin (ή Cooper) γεννήθηκε το 1928, στη Φιλαδέλφεια (Πενσυλβάνια) και σε ηλικία 10 ετών μετακόμισε στην πρωτεύουσα Ουάσιγκτον. Σε ένα αυτοβιογραφικό άρθρο 

 https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev-astro-081710-102545

η Rubin αναφέρθηκε στον πατέρα της, που όταν ήταν μικρή την βοήθησε να κατασκευάσει ένα τηλεσκόπιο χρησιμοποιώντας έναν σωλήνα λινέλαιου. «Από το κρεβάτι μου δίπλα στο παράθυρο, είχα καθαρή θέα στον βόρειο ουρανό», έγραφε. «Μετά από λίγο ήταν πιο ενδιαφέρον να βλέπεις τα αστέρια παρά να κοιμάσαι».Καθ’ όλη τη διάρκεια των σπουδών της, η Rubin αντιμετώπισε τον κοινότοπο σεξισμό που ήταν πολύ συνηθισμένος εκείνη την εποχή για τις γυναίκες που ενδιαφέρονταν για την επιστήμη. Με αρκετή πικρία θυμάται πως, όταν υπέβαλε αίτηση για σπουδές στη Φυσική, επειδή είχε πει στον υπεύθυνο εγγραφών ότι της άρεσε να ζωγραφίζει, την ώρα της συνέντευξης την ρώτησαν: «Σκεφτήκατε ποτέ να κάνετε καριέρα ζωγραφίζοντας αστρονομικά αντικείμενα;» Η φράση αυτή, θυμάται η Rubin, «έγινε κάτι σαν οικογενειακό σλόγκαν. Έκτοτε, κάθε φορά που σε κάποιον κάτι πήγαινε στραβά, του λέγαμε: «Σκέφτηκες ποτέ να κάνεις καριέρα ζωγραφίζοντας αστρονομικά αντικείμενα;». Στο γυμνάσιο, όταν είπε στον καθηγητή της φυσικής πως την είχαν δεχτεί στο κολέγιο Vassar, εκείνος απάντησε: «Μια χαρά θα τα πας, αρκεί να μην ανακατευτείς με τις επιστήμες.» Αργότερα, ενθυμούμενη το παρελθόν, θα έλεγε: «Χρειάζεται τεράστια αυτοεκτίμηση για να μην καταρρεύσεις ακούγοντας τέτοια πράγματα.»Η Rubin σπούδασε αστρονομία ως προπτυχιακή στο κολέγιο Vassar και ήθελε να εγγραφεί ως μεταπτυχιακή φοιτήτρια στο Princeton, αλλά οι γυναίκες δεν επιτρέπονταν στο μεταπτυχιακό πρόγραμμα αστρονομίας μέχρι το 1975. Η αίτησή της στο Harvard έγινε δεκτή, αλλά τελικά αρνήθηκε γιατί στο μεταξύ είχε παντρευτεί και ακολούθησε τον σύζυγό της, το Bob Rubin που ήταν φυσικομαθηματικός στο Cornel. (Στο κάτω μέρος της απαντητικής επιστολής που έλαβε από το Χάρβαρντ, υπήρχε μια χειρόγραφη υποσημείωση που έλεγε: «Αχ, εσείς οι γυναίκες! Κάθε φορά που βρίσκω μια καλή, μου παντρεύεται και τη χάνω.» )Έτσι συνέχισε τις μεταπτυχιακές της σπουδές στο Cornell, όπου είχε ως καθηγητές τους Richard Feynman, Hans Bethe και Philip Morrison. Ολοκλήρωσε το διδακτορικό της το 1954, στο πανεπιστήμιο Georgetown, υπό την καθοδήγηση του George Gamow.Το 1965 η Rubin προσελήφθη στο στο Ινστιτούτο Carnegie της Ουάσιγκτον. Εκεί γνώρισε τον W. Kent Ford Jr., ο οποίος κατασκεύαζε ένα νέο φασματογράφο για τη συλλογή δεδομένων φωτός από μακρινά αντικείμενα. Αυτή η πρωτοποριακή τεχνική θα μπορούσε να αυξήσει πάνω από δέκα φορές την ικανότητα ενός τηλεσκοπίου να καταγράφει το φάσμα ενός αχνού αντικειμένου.Oι Rubin και Ford έθεσαν το όργανο σε λειτουργία μετρώντας τις ταχύτητες των άστρων στον γαλαξία της Ανδρομέδας (Μ31). Όσο πιο μακριά από τον ήλιο βρίσκεται ένας πλανήτης του ηλιακού μας συστήματος η τροχιακή ταχύτητά του ελαττώνεται (αν υποθέσουμε ότι η τροχιά του πλανήτη είναι κυκλική με ακτίνα r, τότε εξισώνοντας την δύναμη της παγκόσμιας έλξης με την κεντρομόλο δύναμη παίρνουμε , όπoυ M η μάζα του ήλιου). Tα άστρα του γαλαξία M31 αναμενόταν να συμπεριφέρονται παρόμοια. Στο κέντρο του γαλαξία όπου το φως ήταν πιο λαμπρό αναμενόταν μεγάλη συγκέτρωση μάζας. Έτσι οι ταχύτητες των άστρων μακριά από το κέντρο του γαλαξία αναμένονταν μικρότερες. Οι τροχιακές ταχύτητες των άστρων του Μ31 υπολογίστηκαν με βάση τα φασματοσκοπικά δεδομένα και απεικονίστηκαν γραφικά.Ενώ η καμπύλη των ταχυτήτων συναρτήσει της απόστασης από το κέντρο του γαλαξία θα έπρεπε «πέφτει», η καμπύλη της Rubin

https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1970ApJ...159..379R/abstract

 έδειχνε ότι οι τροχιακές ταχύτητες των άστρων μακριά από το κέντρο του γαλαξία δεν μειώνονταν. Ήταν σαν ο γαλαξίας να περιείχε αόρατη μάζα, η οποία διατηρούσε τις τροχιακές ταχύτητες σταθερές. Η Rubin σκέφτηκε ότι πρέπει να υπάρχει κάποιος μηχανισμός για την επιτάχυνση των άστρων που κινούνται πολύ αργά ή την επιβράδυνση των άστρων που κινούνται πολύ γρήγορα.

Οι ταχύτητες περιστροφής των άστρων στον γαλαξία της Ανδρομέδας, από την δημοσίευση του 1970 της Vera Rubin με τον Kent Ford. Καθώς αυξάνεται η απόσταση από το κέντρο του γαλαξία, αντί να μειώνονται οι ταχύτητες, η καμπύλη είναι σχεδόν επίπεδη – απόδειξη για ύπαρξη αόρατης μάζας ή της σκοτεινής ύλης [V. Rubin and K. Ford, Astrophysical Journal, vol. 159, p.379 (February 1970)]

Μεταξύ 1976 και 1986, οι Rubin και Ford διερεύνησαν κι άλλους σπειροειδείς γαλαξίες. Δημοσίευσαν σχεδόν 50 εργασίες κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Όμως το πιο σημαντικό και επιδραστικό άρθρο δημοσιεύθηκε στο τεύχος Ιουνίου 1980 του περιοδικού Astrophysical Journal. Εκεί περιέχονταν οι καμπύλες περιστροφής 21 σπειροειδών γαλαξιών, διαφόρων μεγεθών και φωτεινοτήτων. Όλες τους έμοιαζαν με την παραπάνω καμπύλη του γαλαξία της Ανδρομέδας. Οι τροχιακές ταχύτητες των άστρων αντί να μειώνονται καθώς απομακρυνόμαστε από τα κέντρα των γαλαξιών, παρέμεναν σταθερές. Το συμπέρασμα ήταν αναπόφευκτο: στους γαλαξίες αυτούς υπάρχει επιπλέον μη ορατή ύλη (που δεν εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία).

Στα συμπεράσματα της δημοσίευσης των Rubin, Ford και Thonnard, με τίτλο «Rotational properties of 21 SC galaxies with a large range of luminosities and radii, from NGC 4605 (R=4kpc) to UGC 2885 (R=122kpc)«, τον Ιούνιο του 1980 περιέχεται η ιστορική πλέον φράση: «The conclusion is inescapable that non-luminus matter exixts beyond the optical galaxy«

Αυτές οι παρατηρήσεις, σε συνδυασμό με την έρευνα των θεωρητικών και των ραδιοαστρονόμων, έδειξαν ότι αν ισχύουν οι κανόνες της Νευτώνειας φυσικής, θα πρέπει να υπάρχει μεγάλη ποσότητα αόρατης μάζας σε αυτούς τους γαλαξίες. Σήμερα, η ευρέως αποδεκτή άποψη είναι ότι οι γαλαξίες είναι γεμάτοι σκοτεινή ύλη και ότι έως και το 85% της ύλης του σύμπαντος συνίστσται από αυτήν.Το τι είναι στην πραγματικότητα η σκοτεινή ύλη, όμως παραμένει ακόμα ένα μεγάλο μυστήριο. Οι πειραματιστές φυσικοί την αναζητούν και οι επιστήμονες έχουν αφιερώσει αμέτρητες ώρες συζητώντας για την σύστασή της. Ενώ η εργασία της Rubin βοήθησε να τεθεί αυτή η ερώτηση, εκείνη παρέμεινε «αγνωστικίστρια» σχετικά με την απάντησή της. «Οι επιστήμονες σπάνια τονίζουν την τεράστια άγνοιά μας», έγραφε η Rubin στον πρόλογο του Bright Galaxies, Dark Matters, της συλλογής των εργασιών της που δημοσιεύθηκε το 1997.

https://physicsgg.me/2023/06/08/όταν-η-βέρα-ρούμπιν-αποδείκνυε-την-ύπα/

Ο «Ευκλείδης» ετοιμάζεται να αποκαλύψει μυστήρια της σκοτεινής ύλης.

To ευρωπαϊκό διαστημικό τηλεσκόπιο «Ευκλείδης» βρίσκεται προ των πυλών, σε μια προσπάθεια εξερεύνησης της σκοτεινής ύλης του σύμπαντος. 

Οι επιστήμονες προετοιμάζουν τον Ευκλείδη στη Γαλλία πριν μεταφερθεί στο σημείο της εκτόξευσης του

Ενα εντυπωσιακό ευρωπαϊκό διαστημικό εγχείρημα βρίσκεται προ των πυλών, σε μια προσπάθεια εξερεύνησης της σκοτεινής ύλης του σύμπαντος. Η αποστολή του «Euclid» (Ευκλείδη), αξίας 1 δισεκατομμυρίου ευρώ, θεωρείται πως θα ρίξει φως στα δύο πιο περίπλοκα και δυσνόητα συστατικά του σύμπαντος, τη σκοτεινή ενέργεια (τη μυστηριώδη δύναμη που φέρεται να επιταχύνει τη διαστολή του σύμπαντος) και τη σκοτεινή ύλη (μια μορφή ύλης που φέρεται να συνεισφέρει κατά 80% στη συνολική μάζα του σύμπαντος, λειτουργώντας σαν «κοσμική» κόλλα που συγκρατεί τους γαλαξίες μεταξύ τους). Τόσο η σκοτεινή ενέργεια όσο και η σκοτεινή ύλη είναι αθέατες και οι αστρονόμοι μπορούν μόνο μόνο να υποθέτουν την ύπαρξή τους μετρώντας την επίδρασή τους στη συμπεριφορά των αστέρων και των γαλαξιών. «Δεν μπορούμε να πούμε πως κατανοούμε το Διάστημα όταν η φύση αυτών των σκοτεινών συστατικών παραμένει μυστήριο. Γι’ αυτό και ο “Ευκλείδης” είναι τόσο σημαντικός», σημειώνει ο καθηγητής Αστροφυσικής του Πανεπιστήμιου του Εδιμβούργου, Αντι Τέιλορ.Σύμφωνα με τον Τέιλορ, τον κεντρικό ρόλο στον σχεδιασμό και στην κατασκευή του εγχειρήματος είχαν Βρετανοί επιστήμονες. , «Σκεφτήκαμε ποιο θα ήταν το μεγαλύτερο, θεμελιωδώς πιο σημαντικό πρότζεκτ που θα μπορούσαμε να φτιάξουμε; Η απάντηση ήταν ο “Ευκλείδης” που πλέον είναι έτοιμος για εκτόξευση», σημειώνει ο ίδιος. Το διαστημικό τηλεσκόπιο ήταν προγραμματισμένο να εκτοξευτεί με τον ρωσικό Σογιούζ, πέρυσι. Ωστόσο, μετά την εισβολή της Ρωσίας στην Ουκρανία, η Ευρωπαϊκή Διαστημική Υπηρεσία (ESA) διέκοψε τη συνεργασία της με τη ρωσική Roscosmos, υπογράφοντας συμφωνία με τη SpaceX του Ελον Μασκ για τη χρήση του πυραύλου Falcon 9 που θα μεταφέρει στο διάστημα το φιλόδοξο αυτό εργαλείο. Η εκτόξευση του διαστημικού τηλεσκοπίου έχει προγραμματιστεί για την 1η Ιουλίου. Ο «Ευκλείδης» θα χρειαστεί έναν μήνα προκειμένου να διασχίσει το ηλιακό σύστημα και να φτάσει στον προορισμό του, σε μια θέση γνωστή ως δεύτερο σημείο Lagrange, 150 εκατομμύρια χιλιόμετρα από τη Γη. 

Το τηλεσκόπιο θα αποκαλύψει εκατομμύρια εικόνες γαλαξιών

«Το Euclid έχει την ικανότητα ευκρίνειας του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble, αλλά ταυτόχρονα θα είναι σε θέση να παρακολουθεί το ένα τρίτο του νυχτερινού ουρανού, οπότε θα μας δώσει έναν απίστευτα λεπτομερή χάρτη των ουρανών», εξηγεί ο αστρονόμος Στίβεν Γουίλκινς από το Πανεπιστήμιο του Σάσεξ. Αυτού του είδους η ακρίβεια είναι κρίσιμη για την αποκάλυψη των μυστικών της σκοτεινής ύλης, η οποία δεν μπορεί να γίνει άμεσα ορατή καθώς, κατά πάσα πιθανότητα, αποτελείται από σωματίδια που δεν εκπέμπουν, δεν αντανακλούν, ούτε απορροφούν το φως. Για να παρακάμψει αυτό τον σκόπελο, το τηλεσκόπιο θα αξιοποιήσει το φαινόμενο που είναι γνωστό ως βαρυτική εστίαση, δηλαδή την κατανομή ύλης (όπως ένας γαλαξίας ή ένα σμήνος γαλαξιών) που βρίσκεται ανάμεσα σε μια μακρινή πηγή φωτός και σε έναν παρατηρητή και καμπυλώνει τη διαδρομή του φωτός από την πηγή μέχρι τον παρατηρητή. Αυτό θα περιλαμβάνει λήψη εκατομμυρίων εικόνων των γαλαξιών. Σε κάποιες περιπτώσεις, το φως από τα μακρινά αυτά σώματα θα περάσει μέσω της σκοτεινής ύλης στο ταξίδι του προς τη Γη. Οταν συμβεί αυτό, το βαρυτικό πεδίο του θα επεκταθεί, εκτρέποντας την πορεία του φωτός. Οι παραμορφωμένες εικόνες που παράγει το φαινόμενο θα παράσχουν σημαντικές πληροφορίες για τη φύση της σκοτεινής ύλης που τις προκαλεί.«Η βαρυτική εστίαση που παράγεται από τη σκοτεινή ύλη θα μας πει πολλά για το περιεχόμενό της. Ισως η σκοτεινή ύλη να αποτελείται από ελαφρά σωματίδια. Αν είναι έτσι, τότε θα παράγει συγκεκριμένου είδους εστίαση. Από την άλλη, αν αποτελείται από πολύ μεγάλα σωματίδια, θα παράξει διαφορετικό αποτέλεσμα. Αυτή η πληροφορία θα μας βοηθήσει να κατευθύνουμε την έρευνα για τα σωματίδια σκοτεινής ύλης στη Γη», σημειώνει η καθηγήτρια, Ματθίλντε Τζιούζακ, από το Πανεπιστήμιο του Ντέραμ. Κι έπειτα, υπάρχει και η σκοτεινή ενέργεια. «Θα χρησιμοποιήσουμε το διαστημικό τηλεσκόπιο “Ευκλείδης” για να μετρήσουμε τη σκοτεινή ενέργεια με έναν διαφορετικό τρόπο. Θα κοιτάξουμε πιο βαθιά μέσα στο σύμπαν και πιο πίσω στον χρόνο και θα μελετήσουμε πόσο μεγάλη φαίνεται σε διαφορετικές περιόδους. Με αυτόν τον τρόπο θα μπορέσουμε πραγματικά να υπολογίσουμε πώς αλλάζει το μέγεθος του σύμπαντός μας με την πάροδο του χρόνου και να κατανοήσουμε πότε συμβαίνουν αλλαγές στον ρυθμό διαστολής του», προσθέτει η ίδια. 

https://physicsgg.me/2023/06/19/ο-ευκλείδης-ετοιμάζεται-να-αποκαλύ/

Ερευνητές προσπαθούν να δημιουργήσουν σκοτεινή ύλη.

Το κυνήγι των ‘άπιαστων’ σωματιδίων συνεχίζεται.

,●Η σκοτεινή ύλη υπάρχει, αλλά οι επιστήμονες δεν ξέρουν από τι αποτελείται. 
●Το αξιόνιο είναι ένα από υποψήφια σωματίδια σκοτεινής ύλης αλλά δεν έχει ανιχνευθεί ποτέ. 
● Ένα πρόσφατο πείραμα θέτει υπό αμφισβήτηση την ύπαρξη «βαρέων αξιονίων».
●Η απόρριψη των θεωριών της σκοτεινής ύλης είναι πρόοδος. 
●Αν έχετε χάσει τα κλειδιά του αυτοκινήτου σας, κάθε δωμάτιο που ψάχνετε και δεν τα βρίσκετε, σας φέρνει πιο κοντά στο να βρείτε το δωμάτιο στο οποίο τα αφήσατε.

Ζούμε σε ένα σκοτεινό σύμπαν. Παρά τη λάμψη ενός νυχτερινού ουρανού μακριά από τις μεγαλουπόλεις, αυτά τα δισεκατομμύρια δισεκατομμυρίων άστρων και γαλαξιών αποτελούν μόνο ένα μικροσκοπικό κλάσμα της ύλης του σύμπαντος. Μια άγνωστη ουσία που ονομάζεται σκοτεινή ύλη είναι πέντε φορές περισσότερη από τη γνωστή ύλη των ατόμων.Και παρά τις προσπάθειες δεκαετιών, δεν έχει βρεθεί καμία άμεση απόδειξη για την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης. Τώρα, χρησιμοποιώντας έναν ισχυρό επιταχυντή σωματιδίων, ερευνητές στο Fermilab προσπάθησαν να δημιουργήσουν μια πολύ ελαφριά μορφή σκοτεινής ύλης και δημοσίευσαν 

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.221802

πρόσφατα τα αποτελέσματά τους.

Ζούμε σε ένα σύμπαν WIMPy;

Για δεκαετίες, οι ερευνητές φαντάζονταν τη σκοτεινή ύλη ως σταθερά, ηλεκτρικά ουδέτερα, υποατομικά σωματίδια, με μάζα εκατοντάδες ή και χιλιάδες φορές μεγαλύτερη από την μάζα του πρωτονίου. Αυτά τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης αλληλεπιδρούν πολύ ασθενώς με τη συνηθισμένη ύλη, ίσως να βιώνουν μόνο τη δύναμη της βαρύτητας. Τέτοια υποθετικά σωματίδια ονομάζονται WIMPs Weakly Interacting Massive Particles= Ασθενώς Αλληλεπιδρώντα Σωματίδια με Μάζα). Στο παρελθόν έχουν γίνει πολλές προσπάθειες για την επικύρωση ή την απόρριψη αυτού του μοντέλου, αλλά δεν ανιχνεύθηκαν τα WIMPs.Η αποτυχία εύρεσης των WIMPs ανάγκασε ορισμένους ερευνητές να εξετάσουν διαφορετικές εναλλακτικές λύσεις. Κι αν η σκοτεινή ύλη είναι πολύ ελαφρύτερη, ας πούμε δισεκατομμύρια φορές ελαφρύτερη; Ενώ αυτή η εικασία φαίνεται ακραία, οι ερευνητές που μελετούν ένα άλλο κβαντικό μυστήριο ανέπτυξαν μια θεωρία που προβλέπει ένα διαφορετικό πιθανό σωματίδιο της σκοτεινής ύλης. Αυτό το σωματίδιο είναι το αξιόνιο .

Αντιύλη κα Αξιόνια

Η αντιύλη είναι το αντίθετο της συνηθισμένης ύλης και δεν μπορούν να συνυπάρξουν μαζί. Η αντιύλη και η αντίστοιχη μορφή ύλης, όταν συναντώνται εξαφανίζονται. Όλα τα γνωστά υποατομικά σωματίδια, όπως τα πρωτόνια, τα νετρόνια και τα ηλεκτρόνια διαθέτουν τα αντίστοιχα σωματίδια αντιύλης, τα οποία έχουν ανιχνευθεί. Μάλιστα οι φυσικοί κατάφεραν να δημιουργήσουν και μερικά άτομα αντιύλης. Η ισχυρή πυρηνική δύναμη είναι αυτή που συγκρατεί τους ατομικούς πυρήνες. Η θεωρία που περιγράφει την συμπεριφορά της, μας λέει ότι η ισχυρή δύναμη αντιμετωπίζει την ύλη και την αντιύλη διαφορετικά, ωστόσο τα πειράματα δεν δείχνουν καμία διαφορά. Ακριβείς μετρήσεις δείχνουν ότι η ισχυρή δύναμη αντιμετωπίζει την ύλη και την αντιύλη με τον ίδιο τρόπο.Υπάρχει μια αρχή, που ονομάζεται totalitarian principle, που λέει: «Ό,τι δεν απαγορεύεται είναι υποχρεωτικό». Σημαίνει πως οτιδήποτε μπορεί να συμβεί θα συμβεί. Κι αν δεν συμβεί, υπάρχει κάποιο φυσικό φαινόμενο που απαγορεύει την κατά τα άλλα πιθανή συμπεριφορά. Επομένως, τι εμποδίζει την ισχυρή δύναμη να αλληλεπιδρά με διαφορετικό τρόπο με την ύλη και την αντιύλη;Ενώ η απάντηση σε αυτό το ερώτημα είναι άγνωστη, το 1977, οι Roberto Peccei και Helen Quinn πρότειναν μια θεωρία που εξισορροπούσε ακριβώς την ικανότητα της ισχυρής δύναμης να επιτρέπει διαφορές μεταξύ ύλης και αντιύλης. Μια συνέπεια αυτής της θεωρίας είναι ότι προέβλεψε την ύπαρξη ενός σωματιδίου που ονομάζεται αξιόνιο. Θα είχε πολύ μικρή μάζα, θα ήταν ηλεκτρικά ουδέτερο και θα είχε δημιουργηθεί σε μεγάλες ποσότητες κατά τις πρώτες στιγμές της Μεγάλης Έκρηξης. Έτσι, το αξιόνιο αποτελεί υποψήφιο σωματίδιο σκοτεινής ύλης.

Προς αναζήτηση αξιονίων

Εφόσον το αξιόνιο δεν ανιχνεύθηκε ακόμα – βέβαια, θα μπορούσε να μην υπάρχει καν – η μάζα του είναι άγνωστη. Ωστόσο, πολλοί υπολογισμοί υποδεικνύουν ότι η μάζα του θα πρέπει να είναι πολύ μικρή, της τάξης του ενός δισεκατομμυριοστού της μάζας ενός ηλεκτρονίου. Οι ερευνητές έψαξαν για τέτοιου είδους αξιόνια, με πολύ μικρή μάζα, χρησιμοποιώντας μια ποικιλία έξυπνων τεχνικών, αλλά αυτές οι προσπάθειες δεν κατέληξαν πουθενά

Δεδομένης της αποτυχίας εύρεσης αξιονίων μικρής μάζας, οι ερευνητές διατύπωσαν μια άλλη υπόθεση. Υπέθεσαν ότι το αξιόνιο είχε μεγαλύτερη μάζα από την αναμενόμενη, ας πούμε, μερικές εκατοντάδες έως μερικές χιλιάδες φορές την μάζα του ηλεκτρονίου. Καθώς δεν είχε γίνει καμία προσπάθεια αναζήτησης ενός τέτοιου αξιονίου, οι ερευνητές στο Fermilab χρησιμοποίησαν τον ανιχνευτή ArgoNeuT για να το αναζητήσουν.Ο ανιχνευτής ArgoNeuT χρησιμοποιεί 250 κιλά υγρού αργού και κατασκευάστηκε για να μελετηθούν οι αλληλεπιδράσεις δέσμης νετρίνων. Αν υπάρχουν αυτά τα βαρύτερα αξιόνια, τότε θα μπορούσαν να διασπαστούν στον ανιχνευτή ArgoNeuT προς ένα ζεύγος μιονίων. Τα μιόνια ανιχνεύονται πολύ εύκολα, αφού είναι σαν τα ηλεκτρόνια με μεγαλύτερη μάζα. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τον επιταχυντή Fermilab για τις συγκρούσεις 1,25 × 10²⁰ πρωτονίων υψηλής ενέργειας (120 GeV) σε έναν στόχο από γραφίτη με σκοπό την παραγωγή των υποθετικών αξιονίων, τα οποία στην συνέχεια θα έπρεπε να διασπώνται σε προς ζεύγος μιονίων: 

Οι ερευνητές υπολόγισαν ότι αν δεν υπήρχαν τα αξιόνια, θα παρατηρούσαν λιγότερα ζεύγη μιονίων με τις κατάλληλες ιδιότητες. Όταν πραγματοποιήθηκε το πείραμα, δεν προέκυψε ο κατάλληλος αριθμός ζευγών μιονίων, επομένως δεν σχηματίστηκαν αξιόνια. Έτσι, οι ερευνητές απέκλεισαν την πιθανότητα να παράγονται βαριά αξόνια που διασπώνται προς δύο μιόνια.

Όταν η αποτυχία σημαίνει επιτυχία

Η αποτυχία παρατήρησης ενός φαινομένου δεν είναι ποτέ τόσο συναρπαστική όσο η παρατήρηση ενός υπαρκτού φαινομένου. Όμως το πείραμα θεωρείται επιτυχημένο. Δεδομένου ότι οι ερευνητές πιστεύουν ότι υπάρχει σκοτεινή ύλη και ότι η σκοτεινή ύλη θα μπορούσε να εξηγήσει τις παρατηρήσεις των αστρονόμων, είναι σημαντικό να διερευνηθούν όλες οι πιθανότητες. Εξάλλου, ο αποκλεισμός των θεωριών της σκοτεινής ύλης είναι πρόοδος. Αν έχετε χάσει τα κλειδιά του αυτοκινήτου σας, κάθε δωμάτιο που ψάχνετε και δεν τα βρίσκετε, σας φέρνει πιο κοντά στο να βρείτε το δωμάτιο στο οποίο τα αφήσατε.

διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες στο άρθρο του Don Linciln με τίτλο: Researchers attempt to create dark matter

Η αναζήτηση των «δειλών» σωματιδίων συνεχίζεται.

Δύο τεράστιοι υπόγειοι ανιχνευτές έθεσαν περιορισμούς στα ανώτερα όρια, για το πόσο ισχυρά αλληλεπιδρούν τα θεωρητικά σωματίδια σκοτεινής ύλης WIMPs με την κανονική ύλη.

«Γιατί οι ροζ ελέφαντες φορούν γυαλιά; Για να κρύβονται.
Έχετε δει ποτέ ροζ ελέφαντα με γυαλιά; Προφανώς όχι, αφού κρύβονται πολύ καλά.»

Υπάρχουν στο σύμπαν ροζ ελέφαντες; Οι αστρονομικές παρατηρήσεις μας λένε ότι υπάρχουν, όχι ροζ, αλλά αόρατοι ελέφαντες. Διαμέσου της βαρύτητας μπορούμε να μετρήσουμε την έμμεση επίδραση που ασκούν στην ύλη.
Αυτοί οι ελέφαντες θα μπορούσαν να είναι τα σωματίδια σκοτεινής ύλης με μεγάλη μάζα, που κινούνται με μη-σχετικιστικές ταχύτητητες και ανήκουν στην κατηγορία της «ψυχρής» σκοτεινής ύλης (σε αντίθεση με την «θερμή» σκοτεινή ύλη που συνίσταται από σχετικιστικά σωματίδια).
Αυτά τα υποθετικά σωματίδια που προτείνονται για να εξηγήσουν την σκοτεινή ύλη οι φυσικοί με μεγάλη δόση χιούμορ τα ονόμασαν WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles= Ασθενώς Αλληλεπιδρώντα Σωματίδια με Μάζα).
Αφού «wimp» στα αγγλικά σημαίνει «δειλός» , φαίνεται πως ένας κόσμος κρυμμένων δειλών θα μπορούσε να εξηγήσει το αίνιγμα της σκοτεινής ύλης!Σύμφωνα με τα θεωρητικά μοντέλα, αμέσως μετά τη μεγάλη έκρηξη έπαψε η θερμική ισορροπία μεταξύ των WIMPs και των αντισωματιδίων τους και σταμάτησαν να παράγονται αυθόρμητα. Η ποσότητα της σκοτεινής ύλης στην μορφή των WIMPs που επιβίωσε από την αυτο-εξαύλωση, διαχέεται μέχρι σήμερα στο σύμπαν μας. Και οι φυσικοί την αναζητούν πειραματικά, όπως οι δύο πειραματικές ερευνητικές ομάδες, LUX ZEPLIN και XENONnT.

LUX ZEPLIN

Τα πειράματα LUX ZEPLIN και XENONnT, ανέφεραν τα πρώτα αποτελέσματα των αναζητήσεών τους για WIMPs των οποίων η μάζα είναι 10 φορές μεγαλύτερη (ή και περισότερο) από την μάζα του πρωτονίου, ένα εύρος που είναι σύμφωνο με τα μοντέλα κοσμικής εξέλιξης. Δυστυχώς καμία ομάδα δεν κατάφερε να ανιχνεύσει WIMΡ. Όμως, τέθηκαν περιορισμοί όσον αφορά την μάζα τους και τις αλληλεπιδράσεις τους με την κανονική ύλη.

XENONnT

Και τα δύο πειράματα, LUX ZEPLIN και XENONnT, χρησιμοποιούν αρκετούς τόνους από υγρό ξένον (Xe), σε μεγάλες δεξαμενές που παρακολουθούνται από συστοιχίες φωτοανιχνευτών. Αυτές οι ανιχνετές καταγράφουν την χαρακτηριστική διπλή λάμψη φωτός που παράγεται όταν τα WIMPs συγκρούονται με άτομα ξένου. Η αναλογία των δύο αναλαμπών είναι διαφορετική όταν αλληλεπιδρούν με το ξένον οι κοσμικές ακτίνες, τα μιόνια ή άλλα σωματίδια υποβάθρου. Για να μειωθούν τα ανεπιθύμητα γεγονάτα υποβάθρου, τα πειράματα αυτά εκτελούνται σε βαθιά υπόγεια σπήλαια.Αναζητούνται διάφορα είδη WIMPs, ανάλογα με τις θεωρίες που τα προτείνουν. Τα νέα όρια των πειραμάτων LUX ZEPLIN και XENONnT δεν απρρίπτουν κανένα από από αυτά. Προς το παρόν. Γιατί και τα δύο πειράματα έχουν μπορστά τους πολλά χρόνια λειτουργίας.Μέχρι σήμερα κατάφεραν να θέσουν ένα ανώτερο όριο στην ενεργό διατομή αλληλεπίδρασης WIMP-νουκλεονίου, που είναι είναι το ένα δέκατο της αντίστοιχης νετρίνου-νουκλεονίου. Πιο συγκεκριμένα:
το πείραμα XENONnT έθεσε ως ελάχιστο πάνω όριο στην ενεργό διατομή WIMP-νουκλεονίου την τιμή: 2,58×10⁻⁴⁷ cm² για WIMP με μάζα 28 GeV/c² :

και το πείραμα LUX-ZEPLIN (LZ) την τιμή 6,5×10⁻⁴⁸ cm² για WIMP με μάζα 30 GeV/c²:

Η αναζήτηση των «δειλών» σωματιδίων συνεχίζεται

BY PHYSICSGG on 01/08/2023 • ( 0 )

Δύο τεράστιοι υπόγειοι ανιχνευτές έθεσαν περιορισμούς στα ανώτερα όρια, για το πόσο ισχυρά αλληλεπιδρούν τα θεωρητικά σωματίδια σκοτεινής ύλης WIMPs με την κανονική ύλη.

«Γιατί οι ροζ ελέφαντες φορούν γυαλιά; Για να κρύβονται.
Έχετε δει ποτέ ροζ ελέφαντα με γυαλιά; Προφανώς όχι, αφού κρύβονται πολύ καλά.»

Υπάρχουν στο σύμπαν ροζ ελέφαντες; Οι αστρονομικές παρατηρήσεις μας λένε ότι υπάρχουν, όχι ροζ, αλλά αόρατοι ελέφαντες. Διαμέσου της βαρύτητας μπορούμε να μετρήσουμε την έμμεση επίδραση που ασκούν στην ύλη.
Αυτοί οι ελέφαντες θα μπορούσαν να είναι τα σωματίδια σκοτεινής ύλης με μεγάλη μάζα, που κινούνται με μη-σχετικιστικές ταχύτητητες και ανήκουν στην κατηγορία της «ψυχρής» σκοτεινής ύλης (σε αντίθεση με την «θερμή» σκοτεινή ύλη που συνίσταται από σχετικιστικά σωματίδια).
Αυτά τα υποθετικά σωματίδια που προτείνονται για να εξηγήσουν την σκοτεινή ύλη οι φυσικοί με μεγάλη δόση χιούμορ τα ονόμασαν WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles= Ασθενώς Αλληλεπιδρώντα Σωματίδια με Μάζα).
Αφού «wimp» στα αγγλικά σημαίνει «δειλός» , φαίνεται πως ένας κόσμος κρυμμένων δειλών θα μπορούσε να εξηγήσει το αίνιγμα της σκοτεινής ύλης!

Σύμφωνα με τα θεωρητικά μοντέλα, αμέσως μετά τη μεγάλη έκρηξη έπαψε η θερμική ισορροπία μεταξύ των WIMPs και των αντισωματιδίων τους και σταμάτησαν να παράγονται αυθόρμητα. Η ποσότητα της σκοτεινής ύλης στην μορφή των WIMPs που επιβίωσε από την αυτο-εξαύλωση, διαχέεται μέχρι σήμερα στο σύμπαν μας. Και οι φυσικοί την αναζητούν πειραματικά, όπως οι δύο πειραματικές ερευνητικές ομάδες, LUX ZEPLIN και XENONnT.

LUX ZEPLIN

Τα πειράματα LUX ZEPLIN και XENONnT, ανέφεραν τα πρώτα αποτελέσματα των αναζητήσεών τους για WIMPs των οποίων η μάζα είναι 10 φορές μεγαλύτερη (ή και περισότερο) από την μάζα του πρωτονίου, ένα εύρος που είναι σύμφωνο με τα μοντέλα κοσμικής εξέλιξης. Δυστυχώς καμία ομάδα δεν κατάφερε να ανιχνεύσει WIMΡ. Όμως, τέθηκαν περιορισμοί όσον αφορά την μάζα τους και τις αλληλεπιδράσεις τους με την κανονική ύλη.

XENONnT

Και τα δύο πειράματα, LUX ZEPLIN και XENONnT, χρησιμοποιούν αρκετούς τόνους από υγρό ξένον (Xe), σε μεγάλες δεξαμενές που παρακολουθούνται από συστοιχίες φωτοανιχνευτών. Αυτές οι ανιχνετές καταγράφουν την χαρακτηριστική διπλή λάμψη φωτός που παράγεται όταν τα WIMPs συγκρούονται με άτομα ξένου. Η αναλογία των δύο αναλαμπών είναι διαφορετική όταν αλληλεπιδρούν με το ξένον οι κοσμικές ακτίνες, τα μιόνια ή άλλα σωματίδια υποβάθρου. Για να μειωθούν τα ανεπιθύμητα γεγονάτα υποβάθρου, τα πειράματα αυτά εκτελούνται σε βαθιά υπόγεια σπήλαια.

Αναζητούνται διάφορα είδη WIMPs, ανάλογα με τις θεωρίες που τα προτείνουν. Τα νέα όρια των πειραμάτων LUX ZEPLIN και XENONnT δεν απρρίπτουν κανένα από από αυτά. Προς το παρόν. Γιατί και τα δύο πειράματα έχουν μπορστά τους πολλά χρόνια λειτουργίας.

Μέχρι σήμερα κατάφεραν να θέσουν ένα ανώτερο όριο στην ενεργό διατομή αλληλεπίδρασης WIMP-νουκλεονίου, που είναι είναι το ένα δέκατο της αντίστοιχης νετρίνου-νουκλεονίου. Πιο συγκεκριμένα:
το πείραμα XENONnT έθεσε ως ελάχιστο πάνω όριο στην ενεργό διατομή WIMP-νουκλεονίου την τιμή: 2,58×10⁻⁴⁷ cm² για WIMP με μάζα 28 GeV/c² :

και το πείραμα LUX-ZEPLIN (LZ) την τιμή 6,5×10⁻⁴⁸ cm² για WIMP με μάζα 30 GeV/c²:

πηγή: https://physics.aps.org/articles/v16/s106