29 ноември 2021
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Експеримент-ловец на тъмна материя, може би е открил директно тъмна енергия

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 17 септември 2021 в 00:00 107390
Кредит:University of Cambridge

Ново проучване, ръководено от изследователи от Университета в Кеймбридж и докладвано в списание Physical Review D, предполага, че някои необясними резултати от експеримента XENON1T в Италия може да са били причинени от тъмна енергия, а не от тъмната материя, за която експериментът е предназначен открива.

Те са конструирали физически модел, който да помогне за обяснението на резултатите, които може да са предизвикани от частици тъмна енергия, произведени в област на Слънцето със силни магнитни полета, въпреки че ще са необходими бъдещи експерименти, за да потвърдят това обяснение. Учените заявяват, че изследването им може да бъде важна стъпка към директното откриване на тъмната енергия.

Всичко, което очите ни виждат в небето и в ежедневието ни - от Луната до масивните галактики, от мравките до сините китове - съставлява по-малко от пет процента от Вселената. Останалото е тъмно. Около 27% е тъмната материя - невидимата сила, която държи галактиките и космическата мрежа заедно - а 68% е тъмна енергия, която кара Вселената да се разширява с ускорени темпове.

„Въпреки че и двата компонента са невидими, ние знаем много повече за тъмната материя, тъй като съществуването й се предполага още през 20-те години на миналия век, докато тъмната енергия е открита едва през 1998 г.“, отбелязва д-р Съни Ваньоци (Sunny Vagnozzi) от Кеймбриджския институт за космология „Кавли“, водещ автор на статията. "Мащабни експерименти като XENON1T са проектирани да откриват директно тъмната материя, като търсят признаци на тъмна материя" сблъскваща се с "обикновената материя, но тъмната енергия е още по-неуловима".

За да открият тъмна енергия, учените обикновено търсят гравитационни взаимодействия: начина, по който гравитацията привлича обектите. А в най-големите мащаби гравитационният ефект на тъмната енергия е отблъскващ, отдалечава обектите един от друг и ускорява разширяването на Вселената.

Наблюдаваният спектър от XENON1T. Лентите вляво, които отиват нагоре вместо надолу, са необяснимият сигнал. Кредит: E. Aprile et al.

Преди около година експериментът XENON1T съобщи за неочакван сигнал или излишък над очаквания фон. „Този ​​вид превишения често са случайности, но от време на време те също могат да доведат до фундаментални открития“, обяснява д-р Лука Визинели (Luca Visinelli), изследовател от Националните лаборатории Фраскати в Италия, съавтор на изследването. "Ние изследвахме модел, при който този сигнал може да се дължи на тъмната енергия, а не на тъмната материя, която експериментът първоначално е бил замислен да открие".

По това време най-популярното обяснение за излишъка бяха аксионите - хипотетични, изключително леки частици - произведени на Слънцето. Това обяснение обаче не издържа на наблюденията, тъй като количеството аксиони, които биха били необходими за обяснение на сигнала, уловен от XENON1T, би променило драстично еволюцията на звездите, много по-тежки от Слънцето, в противоречие с това, което се наблюдава.

Ние далеч не разбираме напълно какво е тъмната енергия, но повечето физически модели за тъмна енергия биха довели до съществуването на така наречената пета сила. Във Вселената има четири основни сили и всичко, което не може да се обясни с една от тези сили, понякога се нарича резултат от неизвестна пета сила.

Знаем обаче, че теорията на гравитацията на Айнщайн работи изключително добре в локалната вселена. Следователно, всяка пета сила, свързана с тъмната енергия, е нежелана и трябва да бъде „скрита“ или „екранирана“, когато става въпрос за малки мащаби, и може да работи само при най-големи мащаби, където теорията на гравитацията на Айнщайн не успява да обясни ускорението на Вселената. За да скрият петата сила, много модели за тъмна енергия са оборудвани с така наречените екраниращи механизми, които динамично скриват петата сила.

Ваньоци и неговите съавтори конструират физически модел, който използва един вид механизъм на екраниране, известен като хамелеонова екранировка (chameleon screening), за да покаже, че частиците от тъмна енергия, произведени в силните магнитни полета на Слънцето, могат да обяснят излишъка на XENON1T.

"Нашата хамелеонска екранировка спира производството на частици от тъмна енергия в много плътни обекти, избягвайки проблемите, пред които са изправени слънчевите аксиони", обяснява Ваньоци. "Това ни позволява и да отделим какво се случва в локалната много плътна Вселена от това, което се случва в най-големи мащаби, където плътността е изключително ниска".

Изследователите използват своя модел, за да покажат какво би се случило в детектора, ако тъмната енергия се произвежда в определена област на Слънцето, наречена тахоклин, където магнитните полета са особено силни.

Схематично изображение на вътрешността на Слънцето, показващо къде се намира тахоклинът. Кредит: Kelvinsong/CC BY-SA 3.0.

„Беше наистина изненадващо, че този излишък по принцип би могъл да бъде причинен от тъмна енергия, а не от тъмна материя“, разказва Ваньоци.

Техните изчисления предполагат, че експерименти като XENON1T, които са предназначени за откриване на тъмна материя, също могат да бъдат използвани за откриване на тъмна енергия. Първоначалният излишък обаче все още трябва да бъде убедително потвърден.

„Първо трябва да знаем, че това не е просто случайност“, подчертава Визинели. "Ако XENON1T наистина е открил нещо, бихте очаквали да се види подобен излишък отново в бъдещите експерименти, но този път с много по-силен сигнал."

Ако излишъкът е резултат от тъмна енергия, предстоящите надстройки на експеримента XENON1T, както и експерименти, преследващи подобни цели като LUX-Zeplin и PandaX-xT, означават, че може да бъде възможно директно откриване на тъмна енергия в рамките на следващото десетилетие.

Справка: Sunny Vagnozzi et al, Direct detection of dark energy: The XENON1T excess and future prospects, Physical Review D (2021). DOI: 10.1103/PhysRevD.104.063023

Източник: Have we detected dark energy? Scientists say it's a possibility
University of Cambridge


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.