By Η σημερινή έρευνα για τα υποατομικά σωματίδια είναι μια περίπλοκη διαδικασία στην οποία απαιτείται η συνεισφορά εκατοντάδων – μπορεί και χιλιάδων – επιστημόνων και μηχανικών για το στήσιμο και την εκτέλεση ενός πειράματος, αλλά και για την ανάλυση του τεράστιου όγκου των δεδομένων που συλλέγονται.
Τα «σκοτεινά φωτόνια» είναι υποθετικά σωματίδια του σκοτεινού τομέα, ένα νέο είδος μποζονίων βαθμίδας, που μεσολαβούν στις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης. To πείραμα LHCb ελπίζει να αποκτήσει πρόσβαση στον σκοτεινό τομέα ανιχνεύοντας κανονικά φωτόνια διαμέσου της παραγωγής ζευγών ηλεκτρονίου-ποζιτρονίου που προέρχονται από σκοτεινά φωτόνια με πολύ μικρότερες μάζες.
To γεγονός αυτό κάνει τους φυσικούς εφευρετικούς, έτσι ώστε να εκμεταλλεύονται στο έπακρο τους επιταχυντές και τις πειραματικές διατάξεις που ήδη υπάρχουν. Κι αυτό ακριβώς ξεκίνησε μια μικρή ομάδα φυσικών στο πείραμα LHCb του CERN.
Ο ανιχνευτής LHCb σχεδιάστηκε αρχικά για να μελετήσει ένα σωματίδιο γνωστό όμορφο ή πυθμένας κουάρκ. Στη συνέχεια όμως διαπιστώθηκε ότι ο LHCb θα μπορούσε να κάνει περισσότερα. Ο Daniel Johnson, μαζί με μια ομάδα περίπου 10 ερευνητών από το MIT, το Πανεπιστήμιο του Σινσινάτι και το CERN, χρησιμοποιούν το πείραμα LHCb για τον εντοπισμό σωματιδίων της μυστηριώδους σκοτεινής ύλης.
Εδώ και δεκαετίες, οι επιστήμονες επιχειρούν την κατασκευή ολοένα και μεγαλύτερων αναιχνευτών με βελτιωμένη ευαισθησία ώστε να παρατηρήσουν κάποιο σωματίδιο σκοτεινής ύλης που θα αλληλεπιδράσει με τον ίδιο τον ανιχνευτή. Αυτά τα πειράματα συνήθως πραγματοποιούνται κάτω από τη Γη ώστε να ελαχιστοποιηθούν άλλοι, πιο συχνοί τύποι αλληλεπιδράσεων που θα μπορούσαν να καλύψουν πιθανά σήματα σκοτεινής ύλης.
Όμως αυτές οι άμεσες αναζητήσεις ανίχνευσης δεν έχουν βρει ακόμη τίποτα. Αυτό δεν σημαίνει ότι απέτυχαν. Έχουν σημειώσει εξαιρετική επιτυχία μέχρι στιγμής για να μας πουν τι δεν είναι η σκοτεινή ύλη.
Οι φυσικοί υιοθετούν πιο πρωτότυπες ιδέες σχετικά με το πως θα μπορούσαν να συμπεριφέρονται τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης. Μια αρκετά δημοφιλής ιδέα είναι ότι η σκοτεινή ύλη μπορεί να μην αλληλεπιδρά άμεσα με την συνηθισμένη ύλη. Αντίθετα, μπορεί να είναι μέρος ενός σκοτεινού τομέα σωματιδίων και δυνάμεων που υπάρχουν εντελώς ξεχωριστά και παράλληλα με αυτά που συνθέτουν τον κόσμο που βιώνουμε καθημερινά.
Οι φυσικοί ελπίζουν ότι μπορούν να έχουν πρόσβαση σε αυτόν τον σκοτεινό τομέα διαμέσου μιας «πύλης», μιας σπάνιας υποθετικής διαδικασίας που προκαλεί την σύνδεση μεταξύ των συνηθισμένων και των σκοτεινών σωματιδίων. Η ομάδα του LHCb ενδιαφέρεται ιδιαίτερα για τις αλληλεπιδράσεις που μετατρέπουν ένα σκοτεινό φωτόνιο σε κανονικό φωτόνιο, το οποίο στη συνέχεια θα διασπαστεί σε φορτισμένα σωματίδια τα οποία μπορούν να ανιχνευθούν.
Οι προηγούμενες προσπάθειες έχουν αποκλείσει την ύπαρξη σκοτεινών φωτονίων με συγκεκριμένες ιδιότητες, αλλά ο τωρινός σχεδιασμός του πειράματος LHCb διευρύνει τα όρια μαζών και χρόνων ζωής των σκοτεινών φωτονίων που θα μπορούσε να ανιχνεύσει. Και επιπλέον, η παρατήρηση αυτών των φωτονίων δεν απαιτεί αναβαθμίσεις του ανιχνευτή LHCb.
Σύμφωνα με τον Johnson: Κάποιος κάποτε θα ανακαλύψει ένα σωματίδιο σκοτεινής ύλης. Γιατί να μην είναι ο LHCb;
Και όταν βρεθεί, θα ανατρέψει τη φυσική όπως την ξέρουμε. Θα ήταν μια από τις μεγαλύτερες ανακαλύψεις των τελευταίων εκατό χρόνων. Θα άλλαζε εντελώς τον τρόπο με τον οποίο βλέπουμε το σύμπαν μας.
Πηγή: SYMMETRY MAGAZINE / PHYSICSGG
