Experimentul Xenon1T instalat în laboratorul subteran italian de la Gran Sasso a măsurat mai multe evenimente decât se aştepta cu detectorul de materie întunecată. Ar putea fi semnale ale unor noi tipuri de particule sau, situaţie mai puţin exotică, fluctuaţii statistice.

Vânătoarea de particule de materie întunecată sau oricum a particulelor care nu fac parte din Modelul Standard al fizicii particulelor elementare, sau, dacă fac parte, au proprietăţi neaşteptate, continuă, cercetătorii fiind din ce în ce mai hotărâţi să descopere semnale care să lumineze strada spre o nouă teorie care să o completeze pe cea actuală.

Materia întunecată umple, se crede, Universul, fiind de 5-6 ori mai multă decât materia pe care o vedem şi pe care, mai mult sau mai puţin, o cunoaştem şi care formează galaxiile şi tot ceea ce reuşim să măsurăm cu aparatele noastre. Această materie întunecată, se crede, ar fi formată din particule care nu emit lumina şi, deci, sunt invizibile telescoapelor noastre.

Pentru a reuşi să „vedem” aceste particule au fost puse la punct două mari clase de experimente: la acceleratoarele de particule unde se încearcă să se genereze particule de materie întunecată în urma coliziunii fasciculelor de mare energie, şi în laboratoare subterane unde se încearcă să se măsoare particule de materie întunecată care ajung pe Terra din Univers şi lasă semnale în detectoare.

Din această a doua categorie fac parte mai multe experimente instalate în laboratorul subteran italian din Gran Sasso – LNGS. Sub munte, acoperite de 1.400 metri ai muntelui, experimentele sunt extrem de sensibile, întrucât semnalele induse de particule care nu au nimic de-a face cu materia întunecată, precum raze cosmice sau radioactivitatea ambientală, sunt reduse extrem de mult. Unul dintre experimentele de la LNGS, Xenon1T, a descoperit recent un exces de evenimente care este extrem de interesant şi ar putea fi datorat unor noi particule încă nedescoperite. Xenon1T este un detector de particule care funcţionează având la bază xenon lichid şi un detector aşa-numit TPC (Time Projection Chamber); particulele exotice care lasă energie în detector duc la formarea unor semnale electrice care indică prezenţa materiei întunecate. Există însă, cum spuneam mai înainte, şi un număr de eveniment de fond, care corespund unor particule bine cunoscute şi care poate fi calculat. Xenon1T a calculat acest număr pentru perioada de achiziţie de date căreia îi corespunde analiza despre care vă relatez, şi acesta ar trebui să fie 232 evenimente. Au măsurat 52 de evenimente în plus!

Nu sunt multe şi ar putea să fie încă vorba despre o fluctuaţie statistică (adică să fie explicate totuşi ca evenimente de fond), însă cercetătorii au început să viseze şi la alte scenarii. O ipoteză care corespunde tipologiei de evenimente în exces, este cum că acestea ar fi datorate axionilor solari. Axionii sunt particule care au fost propuse în cadrul unor teorii care rezolva o serie de probleme din cadrul fizicii nucleare. Până în prezent nu a fost observat nici un axion, deci dacă Xenon1T ar fi măsurat într-adevăr axioni ar fi o mare descoperire! Altă ipoteză care ar putea explica excesul de evenimente este o proprietate exotică a neutrinilor: un moment magnetic al acestora mai mare decât se aştepta în cadrul Modelului Standard, ceea ce ar reprezenta o dovadă (în plus) ca Modelul Standard trebuie înlocuit de o nouă teorie, care încă nu ştim care este.

Nu ştim la ora actuală dacă excesul de evenimente, cele 52 în plus, sunt datorate unor procese exotice. Tocmai din acest motiv colaborarea Xenon lucrează la ora actuală la punerea la punct a unui nou instrument, XenoNnT, care este mai mare decât actualul experiment şi care va fi instalat la Gran Sasso până la sfârşitul lui 2020. Când va începe noua măsurătoare vom şti dacă au fost descoperite semnalele unei lumi ascunse sau, dimpotrivă, totul poate fi încă explicat în cadrul Modelului Standard. Evident, cercetătorii speră că în sfârşit au întrezărit enigmatice prime semnale ale feţei ascunse a Universului.

[Articol scris de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesor la Colegiului Naţional „Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe]