16/7/12

Ο πιο ευαίσθητος ανιχνευτής σκοτεινής ύλης στον κόσμο;

Ο Υπόγειος Ανιχνευτής Ξένου (LUX) θα λειτουργεί από τα βάθη ενός παλιού χρυσωρυχείου

12 Ιουλίου 2012: οι επιστήμονες μετακινούν αργά τον ανιχνευτή (LUX Large Underground Xenon)  προς το υπόγειο ορυχείο στη Νότια Ντακότα. Θεωρείται ως ο πιο ευαίσθητος ανιχνευτής σκοτεινής ύλης ανιχνευτή του κόσμου.  (AP Photo/Sanford Underground Laboratory)
Έπειτα από τη συναρμολόγησή του στην επιφάνεια και τη μεταφορά του σε ένα εγκαταλειμμένο χρυσωρυχείο στη Νότια Ντακότα, ο πιο ευαίσθητος ανιχνευτής σκοτεινής ύλης ετοιμάζεται να αναζητήσει τα υποθετικά σωματίδια από τα οποία ίσως αποτελείται η χαμένη ύλη του Σύμπαντος.

Ο LUX θα ριξει φως στη σκοτεινή ύλη

Ο Μεγάλος Υπόγειος Ανιχνευτής Ξένου, ή LUX για συντομία, έχει στην καρδιά του ένα μεγάλο κάνιστρο (ένθετη αριστερά) που περιέχει κατεψυγμένο και υγροποιημένο αέριο ξένο, το οποίο εκπέμπει σπινθηρισμούς και ιονίζεται όταν βομβαρδίζεται από υποατομικά σωματίδια.

Όταν το γιγάντιο μηχάνημα αρχίσει να λειτουργεί αργότερα φέτος, θα μπορούσε να ανιχνεύσει τα υποθετικά σωματίδια WIMP (σωματίδια μεγάλης μάζας και ασθενούς αλληλεπίδρασης), από τα οποία ίσως αποτελείται η λεγόμενη σκοτεινή ύλη.

Το μυστήριο της σκοτεινής ύλης χρονολογείται από τη δεκαετία του 1930, οι αστρονόμοι αντιλήφθηκαν ότι η μάζα και η βαρύτητα των σωμάτων που βλέπουμε στο Σύμπαν δεν είναι αρκετή για να εξηγηθεί η κίνηση των γαλαξιών.

Έκτοτε έχει υπολογιστεί ότι η κανονική ύλη -από τους πλανήτες και τα άστρα μέχρι τους γαλαξίες- δεν αντιστοιχεί παρά μόνο στο 16%  της ύλης στο Σύμπαν, ενώ το υπόλοιπο 84% αντιστοιχεί στη σκοτεινή ύλη.

Η σκοτεινή ύλη γίνεται αντιληπτή λόγω της βαρυτικής της επίδρασης στους γαλαξίες, οι επιστήμονες όμως δεν έχουν ιδέα από τι αποτελείται. Γνωρίζουν πάντως ότι δεν εκπέμπει, δεν ανακλά και δεν διαθλά την ακτινοβολία, γι' αυτό και είναι κυριολεκτικά αόρατη.

Στο κυνήγι των σωματιδίων WIMP

Ένα είδος υποθετικής ύλης που έχει προταθεί ως εξήγηση στο μυστήριο είναι τα σωματίδια WIMP, σωματίδια μεγάλης μάζας τα οποία δεν αλληλεπιδρούν με τα άτομα ούτε με τον ηλεκτρομαγνητισμό του φωτός και επομένως δεν είναι ορατά. Σύμφωνα με τη θεωρία, όμως, τα WIMP αλληλεπιδρούν μέσω της βαρύτητας και της ασθενούς πυρηνικής δύναμης, η οποία ευθύνεται για ορισμένα είδη ραδιενέργειας.

Χάρη σε αυτές τις ιδιότητες, τα WIMP -εφόσον υπάρχουν- θα μπορούσαν να αλληλεπιδράσουν με τους πυρήνες των ατόμων ξένου μέσα τον ανιχνευτή LUX.

To μηχάνημα των τριών τόνων μεταφέρθηκε την περασμένη εβδομάδα στην Υπόγεια Ερευνητική Εγκατάσταση του Σάνφορντ, ένα παλιό ορυχείο χρυσού βάθους 2.300 μέτρων στο Μπλακ Χιλς της Νότιας Ντακότα, το οποίο μονώνει το σύστημα από την κοσμική ακτινοβολία. 

Η ιδέα είναι ότι τα σωματίδια WIMP θα φτάνουν σε τέτοιο βάθος επειδή δεν αλληλεπιδρούν με την ύλη των υπερκείμενων βράχων. Όταν όμως συγκρούονται με άτομα ξένου προκαλούν τον ιονισμό τους και την εκπομπή αμυδρών φωτεινών λάμψεων.

Εγκατεστημένος και έτοιμος για δράση

Εξετάζοντας τα φορτία και τις λάμψεις που εμφανίζονται μέσα στο κάνιστρο του ανιχνευτή, οι ερευνητές θα μπορούν να προσδιορίσουν σε ποια σωματίδια οφείλονται.

Τώρα που ο ανιχνευτής βρίσκεται στην τελική του θέση μέσα στο Σπήλαιο Ντέιβις, μια αίθουσα του ορυχείου που βαφτίστηκε προς τιμήν του νομπελίστα φυσικού Ρέι Ντέιβις, οι ερευνητές ετοιμάζονται να τον συνδέσουν στα συστήματα υποστήριξης και να τον βυθίσουν μέσα σε μια προστατευτική ασπίδα νερού.

Τα δεδομένα που θα αρχίσουν να συλλέγονται στα τέλη του έτους ή στις αρχές του επόμενου θα μπορούσαν τελικά να προσφέρουν μια εξήγηση σε ένα από τα μεγάλα μυστήρια της σύγχρονης φυσικής και κοσμολογίας.
tovima.gr - phys.org
Για περισσότερες τεχνικές λεπτομέρειες διαβάστε: "The LUX Prototype Detector": http://arxiv.org/abs/1207.3665
Τι πέτυχε ο Ρέι Ντέιβις στο σπήλαιο Ντέιβις

Η ανίχνευση των ηλιακών νετρίνων
..... Ο Ήλιος δεν είναι τίποτα περισσότερο από ένας φυσικός πυρηνικός σταθμός παραγωγής ενέργειας, και, ως εκ τούτου, εκπέμπει άφθονες ποσότητες νετρίνων. Μάλιστα, ο Ήλιος εκπέμπει πολύ περισσότερα νετρίνα παρά φωτόνια. Στα τέλη της δεκαετίας του 1960 ο Τζον Μπακόλ άρχισε να υπολογίζει την ροή νετρίνων από τον Ήλιο στηριζόμενος στις βασικές παραδοχές της πυρηνικής φυσικής και της αστροφυσικής. Στη συνέχεια ζήτησε από έναν πειραματικό φυσικό, τον Ρέι Ντέιβις, να ανιχνεύσει αυτά τα νετρίνα και να επαληθεύσει ότι είχαν εκπεμφθεί.  

[caption id="attachment_14522" align="aligncenter" width="475"] John Bahcall και Ray Davis, στο ορυχείο το 1964[/caption]

Επρόκειτο για ένα δύσκολο πείραμα, διότι οι αλληλεπιδράσεις των νετρίνων είναι εξαιρετικά σπάνιες. Ο Τζον υπολόγισε πως ο Ρει θα έπρεπε  στην πειραματική διάταξη που έστησε (μια δεξαμενή 600 τόνων χλωρίου στο βάθος ενός ορυχείου στη Νότια Ντακότα) να παρατηρεί 10 νετρίνα την εβδομάδα. Ωστόσο ο Ρέι κατάγραφε κατά μέσο όρο 3 νετρίνα την εβδομάδα, κάτι που διέψευδε την θεωρητική πρόβλεψη…..

Αρχικά οι επιστήμονες κατηγόρησαν τους πειραματικούς φυσικούς (πάντοτε αποτελούν τον πιο εύκολο αποδιοπομπαίο τράγο σε τέτοιες περιπτώσεις). Όμως ο Ρέι Ντέιβις ήταν βέβαιος για το πείραμά του. Γνώριζε πως αν είχε κάνει κάποιο λάθος και δεν είχε θωρακίσει κατάλληλα τη διάταξή του από την περιβάλλουσα ακτινοβολία, θα παρατηρούσε περισσότερα γεγονότα και όχι λιγότερα.

Στη συνέχεια έριξαν το φταίξιμο στον θεωρητικό φυσικό. Οι φυσικοί βάλθηκαν να γελοιοποιήσουν τον Τζον Μπακόλ: τα τρομερότερα προτεινόμενα εναλλακτικά μοντέλα του Ήλιου παρείχαν ακριβείς νέους υπολογισμούς για τη ροή των νετρίνων, αλλά ήταν ακραία και αφύσικα, και αποκλείονταν εντελώς από την ηλιοσεισμολογία – μια εντυπωσιακή μέθοδο απόκτησης πληροφοριών σχετικά με την εσωτερική δομή του Ήλιου.  Όμως στις δεκαετίες του 1980 και του 1990, μια ιαπωνική ομάδα κατέληξε στο ίδιο συμπέρασμα. Παρατηρούσαν επίσης  λιγότερα ηλιακά νετρίνα απ’ όσα έπρεπε.

Τελικά η λύση δόθηκε θεωρώντας τις λεγόμενες ταλαντώσεις των νετρίνων. Τα δυο τρίτα των εκπεμφθέντων νετρίνων του ηλεκτρονίου χάνονταν στην πορεία τους, μετατρεπόμενα σε νετρίνα του μιονίου ή ταυ. Το πείραμα του Ντέιβις ήταν ευαίσθητο μόνο στα νετρίνα του ηλεκτρονίου και για τον λόγο αυτό ανίχνευε μόνο το ένα τρίτο των νετρίνων απ’ όσα περίμεναν.  Το αποτέλεσμα αυτό επιβεβαιώθηκε στη συνέχεια και από άλλα πειράματα..... (Νετρίνο: το σωματίδιο που απειλεί τα αξιώματα της Φυσικής)

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...