Fizicienii care căutau materia întunecată au dat peste semnale neașteptate care ar putea duce la descoperirea unei noi particule: axionul

​O echipă de fizicieni s-ar putea să fi detectat pentru prima oară o particulă ipotetică numită axion, ca parte a unui experiment uriaș gândit să detecteze materia întunecată (dark matter). Cercetătorii au detectat mai multă activitate decât s-au așteptat și unul dintre scenarii este că excesul de activitate este o dovadă că axionul, o particulă subatomică de materie întunecată despre care s-a postulat încă din anii 70, ar putea să fi fost detectată.

Experimentul a fost făcut la detectorul Gran Sasso din Alpii Italieni, din 2016 în 2018 cu ajutorul a 3,2 tone de xenon ultra-pur lichefiat, dintre care două tone au funcționat ca ”țintă” pentru interacțiunea dintre atomii de xenon și alte particule. Cele mai multe interacțiuni au fost între particule cunoscute, fiecare interacțiune este numită ”eveniment” (event), iar aceste interacțiuni cu particule de un tip cunoscut sunt numite ”semnale de fond”.

Un semnal venit dintr-o interacțiune cu o particulă necunoscută trebuie să fie suficient de puternic încât să depășească nivelul ”zgomotului de fond”, iar cercetătorii s-au așteptat ca într-un an să se producă 232 de astfel de evenimente convenționale, dar rezultatul s-a dovedit a fi cu 53 mai mare.

Ar putea fi trei explicații pentru acest număr de evenimente în exces

– a fost detectată o nouă proprietate a particulelor super-ușoare numite neutrini

– detectorul a fost contaminat cu cantități mici de tritiu, un izotop radioactiv al hidrogenului, instabil

– a fost descoperită o nouă particulă, axionul, ceea ce ar însemna că suntem în fața unui moment important din fizică.

Este pentru prima oară când un astfel de experiment detectează un exces de activitate la o gamă joasă de energie ce corespunde cu ceea ce s-ar aștepta fizicienii, dacă axionii solari chiar există.

Cercetătorii de la experimentul Xenon Collaboration NU spun că au descoperit materie întunecată și nici axionul, fiindcă este nevoie de mai multe dovezi. Dar lucrurile arată promițător și cercetătorii spun că sunt șanse foarte mari să fie vorba despre axion.

”Nu este vorba de materia întunecată, dar descoperirea unei noi particule ar fi fenomenală”, spune Elena Aprile de Columbia University și șefă a experimentului Xenon Collaboration. Detectarea unui axion ar avea ”un impact major asupra înțelegerii fizicii fundamentale, dar și a fenomenelor astrofizicii”, mai spune ea.

Frank Wilczek de la MIT, laureat al premiului Nobel, este cel care a dat numele de ”axion” particulei, ideea venindu-i de la cutiile colorate de detergent dintr-un supermarket, acum patru decenii. Despre concluziile preliminare anunțate de experimentul din Alpi, Wilczek spune că sunt ”fascinante”, iar comunitatea științifică așteaptă noi dezvoltări.

Axionii NU au fost detectați nici pe cale directă nici pe cale indirectă până acum și teoria nu ne spune nimic despre masa lor, ceea ce înseamnă că sunt și mai greu de căutat. Teoria estimează că aceste particule au un comportament imprevizibil și că foarte rar interacționează cu materia obișnuită. Teoreticienii și-au imaginat multe tipuri de axioni, unii fiind parte a materiei întunecate, alții fiind produși de reacțiile nucleare din interiorul Soarelui (așa-numiții axioni solari).

Materia întunecată nu a putut fi văzută cu niciun telescop și nici măsurată cu vreun detector. Ea însă reprezintă 85% din materia din Univers.

Se știe că materia întunecată există fiindcă are o forță gravitațională foarte puternică și atrage materia obișnuită. Se pare că materia întunecată s-a format la Big Bang, împreună cu materia obișnuită.

În cosmologia modernă, materia întunecată este ”sosul secret” al Universului și se bănuiește că ea constă în nori de particule subatomice numite în general WIMP, de la weakly interacting massive particles (particulă masivă care interacționează slab) Un WIMP este oricare dintre particulele care ar putea explica materia întunecată, cum ar fi axionul.

Se bănuiește că aceste particule au masa de sute de ori mai mare decât un atom de hidrogen.

Drumul teoriei axionului a început în 1977 când doi fizicieni Roberto Peccei (University of California) și Helen Quinn (profesor la Stanford) au sugerat o modificare la teoria ce guvernează forțele nucleare tari.

În mod independent Wilczek și un alt fizician, Steven Weinberg of the (University of Texas, Austin) și-au dat seama că modificarea sugerată ar implica și existența unei noi particule subatomice, exact cea pe care Wilczek avea să o numească axion.

Surse: New York Times, BBC