Un experiment spectaculos face lumină asupra materiei întunecate

Observațiile cosmologice ale orbitelor stelelor și galaxiilor permit formularea unor concluzii clare cu privire la forțele gravitaționale atractive care acționează între corpurile cerești.

Materia vizibilă este departe de a fi suficientă pentru a putea explica dezvoltarea sau mișcările galaxiilor. Acest lucru sugerează că există un alt tip de materie, necunoscut până în prezent.

• Iată cum o simplă cană cu ceai poate deveni un detector de particule!
• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee

În consecință, în anul 1933, fizicianul și astronomul elvețian Fritz Zwicky a dedus existența a ceea ce este cunoscut acum sub numele de materie întunecată. Materia întunecată este o formă postulată de materie care nu este direct vizibilă, dar care interacționează prin intermediul gravitației și care constă în aproximativ de cinci ori mai multă masă decât materia pe care o cunoaștem.

Recent, în urma unui experiment de precizie dezvoltat la Centrul Albert Einstein pentru Fizică Fundamentală (AEC) de la Universitatea din Berna, o echipă internațională de cercetători a reușit să restrângă în mod semnificativ domeniul de aplicare al existenței materiei întunecate.

Descoperirile echipei au fost publicate în Physical Review Letters.

Misterul din jurul materiei întunecate

,,Din ce este alcătuită de fapt materia întunecată este încă complet neclar”, explică Ivo Schulthess, doctorand la AEC și autorul principal al studiului. Ceea ce este sigur, însă, este că nu este făcută din aceleași particule care alcătuiesc stelele, planeta Pământ sau pe noi, oamenii.

La nivel mondial, experimente și metode din ce în ce mai sensibile sunt folosite pentru a căuta posibile particule de materie întunecată – până acum, însă, fără succes.

Anumite particule elementare ipotetice, cunoscute sub numele de axioni, reprezintă o categorie promițătoare de posibili candidați pentru particulele de materie întunecată. Un avantaj important al acestor particule extrem de ușoare este acela că ar putea explica simultan alte fenomene importante din fizica particulelor care nu au fost încă înțelese.

,,Din ce este alcătuită, de fapt, materia întunecată este complet neclar”

,,Datorită multor ani de expertiză, echipa noastră a reușit să proiecteze și să construiască un aparat de măsurare extrem de sensibil – experimentul Beam EDM”, explică Florian Piegsa, profesor de fizică de joasă energie și de precizie la AEC. Dacă axionii evazivi există cu adevărat, aceștia ar trebui să lase în urmă o semnătură caracteristică în aparatul de măsurare.

,,Experimentul nostru ne permite să determinăm frecvența de rotație a spinilor neutronilor, care se deplasează printr-o suprapunere de câmpuri electrice și magnetice”, explică Schulthess. Spinul fiecărui neutron în parte acționează ca un fel de ac de busolă, care se rotește datorită unui câmp magnetic în mod similar cu acul secundar al unui ceas de mână – dar de aproape 400.000 de ori mai rapid, scrie Phys.org.

,,Am măsurat cu precizie această frecvență de rotație și am examinat-o pentru cele mai mici fluctuații periodice care ar fi cauzate de interacțiunile cu axionii”, explică Piegsa. Rezultatele experimentului au fost clare.

,,Frecvența de rotație a neutronilor a rămas neschimbată, ceea ce înseamnă că nu există nicio dovadă a axionilor în măsurătorile noastre”, spune Piegsa.

Spațiul parametrilor a fost redus cu succes

Măsurătorile, care au fost efectuate împreună cu cercetători din Franța la Sursa Europeană de Neutroni de Cercetare de la Institutul Laue-Langevin, au permis excluderea experimentală a unui spațiu de parametri al axionilor complet neexplorat până acum.

De asemenea, s-a dovedit a fi posibil să se caute axioni ipotetici care ar fi de peste 1.000 de ori mai grei decât a fost posibil anterior cu alte experimente.

,,Deși existența acestor particule rămâne misterioasă, am reușit să excludem cu succes un spațiu parametric important al materiei întunecate”, conchide Schulthess.

Experimentele viitoare pot acum să se bazeze pe această lucrare. ,,Răspunzând în cele din urmă la întrebarea privind materia întunecată, am putea obține o perspectivă semnificativă asupra fundamentelor naturii și am face un pas mare mai aproape de o înțelegere completă a Universului”, explică Piegsa.

Vă recomandăm să mai citiți și:

Mister rezolvat. Oamenii de știință ar fi descoperit cum s-au format galaxiile fără materie întunecată

Există materie întunecată în jurul nostru? Cercetătorii spun că da

O aglomerare uriașă de materie întunecată, detectată de astrofiziceni în afara galaxiei Calea Lactee

Identificarea a 19 galaxii fără materie întunecată îi pune pe astronomi în dilemă