Detektor temné hmoty mohl místo toho náhodně detekovat temnou energii

Minulý rok fyzici oznámili, že experimentální detektor temné hmoty zachytil podivný signál, který by mohl naznačovat novou fyziku, přičemž bylo zvýrazněno několik podezřelých. Nyní vědci z Cambridge navrhli odpověď, která v té době nebyla zvažována – experiment mohl zaznamenat první přímou detekci temné energie, tajemné síly, která urychluje expanzi vesmíru.

I když se předpokládá, že převyšuje běžnou hmotu pět ku jedné, temná hmota zůstává nepolapitelná. Neinteraguje se světlem a zdá se, že o sobě dává vědět především prostřednictvím gravitačního vlivu na kosmická měřítka, jako jsou hvězdy, galaxie a kupy galaxií. Ale jednou za čas může částice temné hmoty narazit na částici běžné hmoty způsobem, který bychom mohli detekovat se správným vybavením.

XENON1T byla jedna verze tohoto vybavení. Experiment probíhal v Itálii v letech 2016 až 2018 a byl v podstatě velkou nádrží plnou kapalného xenonu, drženou hluboko pod zemí. Myšlenka byla taková, že pokud částice temné hmoty projde nádrží, vybudí atomy xenonu a vytvoří záblesk světla a volných elektronů, které může detekovat sada senzorů.

Xenonová kolaborace

Ale není to tak úplně vysušené, jak to může znít. Jiné známé částice by mohly mít stejný účinek. Umístění experimentu pod zem pomáhá snížit tento hluk, ale ne celý. Vědci tedy vypočítají očekávanou úroveň pozadí událostí a poté zkontrolují, zda jsou skutečné detekce vyšší.

A jistě, bylo. Minulý rok vědci ohlásili „překvapivý přebytek událostí“ – přesněji 53 – nad očekávaným pozadím 232. Zdálo se, že se děje něco divného, ​​ale byla to temná hmota?

Vedoucím kandidátem v té době byla hypotetická elementární částice zvaná sluneční axion. Jak název napovídá, tyto by byly produkovány Sluncem, a ačkoli samy o sobě nejsou považovány za kandidáta na temnou hmotu, jiné typy axionů ano, takže nalezení důkazu o kterémkoli z nich by bylo velkým krokem.

Po dalším zkoumání však tým z Cambridge říká, že k vytvoření pozorovaného signálu by bylo potřeba příliš mnoho slunečních axionů. Místo toho navrhují jiného viníka – částici nosiče síly pro temnou energii. To je název pro odpudivou sílu, která, jak se zdá, způsobuje zrychlení expanze vesmíru, a jeden její model zahrnuje částice, které se nazývají „chameleony“.

V podstatě se předpokládá, že tyto částice budou mít různé hmotnosti a vliv na to, kolik hmoty je kolem nich. Takže v oblastech s vysokou hustotou, jako je Země, je jejich hmotnost velká, ale jejich síla působí pouze na malou vzdálenost. V mezihvězdném prostoru, kde je téměř žádná hmota, by však chameleoni měli menší hmotnosti, ale jejich vliv sahá mnohem dále. Tento druh přepínání by vysvětloval podivné pozorování, že se zdá, že temná energie nemá žádný lokální účinek, ale má silný vliv na galaktické váhy.

Tato hypotéza může znít trochu příliš pohodlně, než aby byla pravdivá, ale právě k tomu slouží – myšlenky, které lze testovat, aby se našly důkazy pro nebo proti. A tým z Cambridge tvrdí, že jsme možná našli důkazy o chameleonech jako nosičích temné energie při přemírě událostí v XENON1T.

XENON Spolupráce

Výzkumníci modelovali, co by se stalo, kdyby částice chameleona produkované Sluncem v silně magnetické oblasti zvané tachoklina prošly detektorem XENON1T. A skutečně, signál se strašně podobal tomu, který byl pozorován.

„Bylo opravdu překvapivé, že tento přebytek mohl být v zásadě způsoben spíše temnou energií než temnou hmotou,“ říká Dr. Sunny Vagnozzi, první autor studie. „Když věci do sebe takhle zapadnou, je to opravdu výjimečné.“

Případ samozřejmě není zdaleka uzavřen. Nadměrné události ještě nebyly řádně potvrzeny, ale pokročilé verze experimentu mohou být schopny ověřit výsledky.

„Nejprve musíme vědět, že to nebyla jen náhoda,“ říká Dr. Luca Visinelli, spoluautor studie. „Pokud XENON1T skutečně něco viděl, očekávali byste, že v budoucích experimentech opět uvidíte podobný přebytek, ale tentokrát s mnohem silnějším signálem.“

Výzkum byl publikován v časopise Fyzický přehled D.

Zdroj: Cambridgeská univerzita