Acum circa un an experimentul XENON1T de la laboratorul subteran de la Gran Sasso a observat un exces de evenimente, exces care ar putea fi datorat materiei întunecate, se zicea pe atunci. Un nou studiu arată cum acest rezultat ar putea avea de-a face nu cu materia, ci cu energie întunecată, misterioasa energie care duce la expansiunea accelerată a Universului.

Experimentul XENON1T de la Gran Sasso

XENON1T este un detector de particule instalat la laboratorul subteran de la Gran Sasso în Italia, care funcționează având la bază xenon lichid și un detector așa-numit TPC (Time Projection Chamber); în acest detector particulele exotice de materie întunecată prin interacțiunea cu materia din detector ar lăsa energie care ar duce la formarea unor semnale electrice care indică prezența materiei întunecate. Nu este singurul experiment de acest gen de la Gran Sasso, însă este unul dintre cele mai sensibile. Acum circa un an experimentul XENON1T declara cum că a descoperit un număr de evenimente care ar putea indica un semnal datorat materiei întunecate. Acest semnal ar putea avea însă și o altă origine: de la banale fluctuații statice la surse de fond care nu au fost încă identificate. Ar putea însă exista și o altă explicație extrem de exotică: evenimentele să fie datorate nu materiei ci energiei întunecate.

Materia și energia întunecate

Universul, din câte știm la ora actuală, ar fi compus din materie formată din particulele pe care le cunoaștem, cele din Modelul Standard al fizicii particulelor elementare precum electroni sau cuarci, doar în proporție de 5%. Restul ar fi materie întunecată (cam 25%) și energie întunecată (70%).

Materia întunecată, de exemplu, ar duce la o viteză mai mare a stelelor în periferia galaxiilor datorată atracției gravitaționale în plus față de cea exercitată doar de materia normală. Bizara energie întunecată ar fi cea care duce le expansiune accelerată a Universului. Din ce anume sunt formate materia și energia întunecate? Materia întunecată ar putea fi alcătuită din particule pe care încă nu le-am descoperit – care nu fac parte din Modelul Standard. Energia întunecată este un adevărat mister: originea acesteia ar putea avea de-a face cu fenomene cuantice sau cu existența unor câmpuri de energie în Univers descrise de noi teorii.

Este semnalul văzut de XENON1T datorat materiei întunecate?

Cercetătorii au analizat cu atenție semnalele măsurate de XENON1T și au ajuns la concluzia că ar putea fi datorate unor particule cu masa extrem de mică numite axioni. Totuși, această ipoteza pune o serie de probleme: dacă axioni de acest gen ar exista modelul stelar ar fi în criză – stelele mai masive decât Soarele nu ar evolua așa cum le vedem. Deci nu pare foarte plauzibil ca semnalul experimentului XENON1T să fie datorat acestor particule în teoria propusă. Și atunci?

Energia întunecată în XENOX1T

O nouă ipoteza arată cum că semnalul experimentului XENON1T ar putea avea de-a face cu energia întunecată. Acest rezultat a fost recent publicat într-un articol în revista Physical Review D. Practic, o a cincea forță (nu una dintre cele patru cunoscute: gravitațională, electromagnetică, nucleară puternică și nucleară slabă) ar există în Univers – care ar reprezenta și originea energiei întunecate. La distanțe mari aceasta ar avea efecte măsurabile; pe distanțe mici însă (precum cele din sistemul Solar de exemplu) aceasta ar fi „ecranată” – un efect dinamic care „ascunde” a cincea forță, tocmai pentru că nu o observăm. Există un mecanism denumit „chameleon screening” (o ecranare cameleonică) care ar duce la apariția unui semnal în XENON1T asemănător cu cel văzut, care depinde de câmpul magnetic al Soarelui (pentru detecția axionilor).

Pe viitor

La ora actuală nu avem confirmarea faptului că XENON1T ar avea un semnal sigur datorat materiei sau energiei întunecate. Pe viitor însă noi experimente și mai sensibile, precum XENON îmbunătățit, LUX-Zepelin și PandaX-xT ar putea măsura semnale mult mai intense dacă într-adevăr teoria este cea corectă.              Vom vedea în anii care urmează dacă vom înțelege sursa energiei întunecate sau, dimpotrivă, va rămâne un mister.

Rubrică realizată 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, profesoară de Fizică la Colegiul Naţional „Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe