Ciemna energia, tajemnicza siła powodująca przyspieszenie wszechświata, może być odpowiedzialna za nieoczekiwane wyniki eksperymentu XENON1T u stóp włoskich Apeninów.
Nowe badanie przeprowadzone przez naukowców z University of Cambridge i opublikowane w czasopiśmie fizyczny przegląd d, sugeruje, że niektóre z niewyjaśnionych wyników eksperymentu XENON1T we Włoszech mogą być spowodowane ciemną energią, a nie ciemną materią, którą eksperyment miał wykrywać.
„Zaskakujące było to, że ten nadmiar był w zasadzie spowodowany ciemną energią, a nie ciemną materią. Kiedy rzeczy tak się ze sobą łączą, jest to naprawdę wyjątkowe”. – Słoneczny Vagnozzi
Zbudowali model fizyczny, aby pomóc wyjaśnić wyniki, które mogły pochodzić z cząstek ciemnej energii wytworzonych w regionie Słońca o silnych polach magnetycznych, chociaż przyszłe eksperymenty będą wymagane, aby potwierdzić tę interpretację. Naukowcy twierdzą, że ich badania mogą być ważnym krokiem w kierunku bezpośredniego wykrywania ciemnej energii.
Wszystko, co nasze oczy widzą na niebie iw naszym codziennym świecie – od maleńkich księżyców po ogromne galaktyki, od mrówek po płetwale błękitne – stanowi mniej niż pięć procent wszechświata. Reszta jest ciemna. Około 27% to ciemna materia – niewidzialna siła, która utrzymuje razem galaktyki i kosmiczną sieć – podczas gdy 68% to ciemna energia, powodująca rozszerzanie się Wszechświata w coraz szybszym tempie.
Dr Sunny Fagnozzi z Instytutu Kosmologii Kavli w Cambridge powiedział: „Chociaż oba składniki są niewidoczne, wiemy dużo o ciemnej materii, jej istnienie sugerowano już w latach dwudziestych XX wieku, podczas gdy ciemną energię odkryto dopiero w 1998 roku”. . Pierwszy autor artykułu. „Eksperymenty na dużą skalę, takie jak XENON1T, mają na celu bezpośrednie wykrywanie ciemnej materii poprzez poszukiwanie oznak „zderzania” ciemnej materii ze zwykłą materią, ale ciemna energia jest trudniejsza”.
Aby odkryć ciemną energię, naukowcy zazwyczaj szukają interakcji grawitacyjnych: sposobu, w jaki grawitacja przyciąga obiekty. A w większej skali grawitacyjny efekt ciemnej energii jest obrzydliwy, rozrywa wszystko i przyspiesza ekspansję wszechświata.
Około rok temu próba XENON1T wykazała nieoczekiwany lub zwiększony sygnał w oczekiwanym tle. „Tego rodzaju nadużycia są często ryzykowne, ale czasami mogą również prowadzić do fundamentalnych odkryć” – powiedział dr Luca Vecinelli, naukowiec z Frascati National Laboratories we Włoszech, który jest współautorem badania. „Odkryliśmy model, w którym ten sygnał można przypisać ciemnej energii, a nie ciemnej materii, którą eksperyment miał wykryć pierwotnie”.
W tamtym czasie najczęstszym wyjaśnieniem wzrostu były aksiony – hipotetyczne ultralekkie cząstki – wytwarzane na słońcu. Jednak ta interpretacja nie wytrzymuje obserwacji, ponieważ liczba osi wymaganych do interpretacji sygnału XENON1T radykalnie zmieniłaby ewolucję gwiazd znacznie cięższych niż Słońce, w przeciwieństwie do tego, co obserwujemy.
Daleko nam do pełnego zrozumienia, czym jest ciemna energia, ale większość fizycznych modeli ciemnej energii doprowadzi do istnienia tak zwanej piątej siły. We wszechświecie istnieją cztery podstawowe siły i wszystko, czego nie można wyjaśnić jedną z tych sił, jest czasami określane jako wynik nieznanej piątej siły.
Wiemy jednak, że teoria grawitacji Einsteina działa bardzo dobrze we wszechświecie lokalnym. Dlatego każda piąta siła związana z ciemną energią jest niepożądana i powinna być „ukryta” lub „zbadana”, jeśli chodzi o małą skalę, i może działać tylko w większej skali, gdzie teoria grawitacji Einsteina nie wyjaśnia przyspieszenia wszechświata. Aby ukryć piątą siłę, wiele modeli ciemnej energii jest wyposażonych w tzw. mechanizmy ekranowania, które dynamicznie ukrywają piątą siłę.
Vagnozzi i współpracownicy zbudowali model fizyczny, który wykorzystywał mechanizm przesiewowy znany jako obcy kameleon, aby wykazać, że cząsteczki ciemnej energii wytwarzane w silnych polach magnetycznych Słońca mogą wyjaśnić nadmiar XENON1T.
„Przesiewanie naszego kameleona zatrzymuje produkcję cząstek ciemnej energii w bardzo gęstych obiektach, unikając problemów, jakie mają osie słoneczne” – powiedział Vagnozzi. „Pozwala nam to również oddzielić to, co dzieje się w bardzo gęstym wszechświecie lokalnym od tego, co dzieje się w większej skali, gdzie gęstość jest bardzo niska”.
Naukowcy wykorzystali swój model, aby pokazać, co by się stało w detektorze, gdyby ciemna energia została wytworzona w określonym regionie Słońca, zwanym tachokliną, gdzie pola magnetyczne są szczególnie silne.
„To naprawdę zaskakujące, że ten nadmiar został spowodowany w zasadzie raczej ciemną energią niż ciemną materią” – powiedział Fagnozzi. „Kiedy łączysz ze sobą takie rzeczy, jest to naprawdę wyjątkowe”.
Ich obliczenia sugerują, że eksperymenty takie jak XENON1T, zaprojektowane do wykrywania ciemnej materii, mogą być również wykorzystywane do wykrywania ciemnej energii. Jednak pierwotny wzrost nie został jeszcze przekonująco potwierdzony. „Najpierw musimy wiedzieć, że to nie był tylko zbieg okoliczności” – powiedział Vesinelli. „Jeśli XENON1T rzeczywiście coś widzi, można by się spodziewać podobnego nadmiaru w przyszłych próbach, ale tym razem ze znacznie silniejszym sygnałem”.
Jeśli nadmiar jest spowodowany przez ciemną energię, nadchodzące ulepszenia eksperymentu XENON1T, a także eksperymenty zmierzające do podobnych celów, takie jak LUX-Zeplin i PandaX-xT, oznaczają, że ciemna energia może zostać bezpośrednio wykryta w ciągu następnej dekady.
Odniesienie: „Direct Detection of Dark Energy: Excess XENON1T and Future Prospects” autorstwa Sunny Fagnozzi, Luca Vecinelli, Philip Brax, Ann Kristen Davis i Jeremy Sachstein, 15 września 2021 r., fizyczny przegląd d.
DOI: 10.1103/ PhysRevD.104.063023
„Introwertyk. Myśliciel. Rozwiązuje problemy. Specjalista od złego piwa. Skłonny do apatii. Ekspert od mediów społecznościowych. Wielokrotnie nagradzany fanatyk jedzenia.”
