מודל חדש לחומר האפל פותח אפיקים חדשים לחיפושו

מודל חדש שפורסם בהובלת חוקרים ממלבורן ומ-CERN מעלה את האפשרות שהחומר האפל הוא כבד יותר מכפי שחשבנו עד כה. החוקרים מקווים שהמאמר שפרסמו יעודד נסיינים לחפש אפיקים חדשים לאיתור החומר האפל

צביר הקליע. איזור בו יש ריכוז גבוה של חומר אפל. מתוך תמונת היום של נאס"א, 2015.Image Credit: X-ray: NASA/CXC/CfA/ M. Markevitch et al.; Lensing Map: NASA/STScI; ESO WFI; Magellan/U.Arizona/ D.Clowe et al. Optical: NASA/STScI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al.

ה"חומר האפל" קיים. אנחנו צופים בהשפעתו בחלל כבר מעל לכמה עשורים, אך טרם הצלחנו לבצע "מדידה ישירה". האם אנחנו מחפשים במקום הלא נכון? חוקרים מאוניברסיטת מלבורן פירסמו לאחרונה מאמר בכתב העת היוקרתי Physical Review Letters מודל חדש להיווצרות החומר האפל ובעקבותיו גם כיוון חדש לחיפושו.

כותב המאמר, ד"ר מיכאל בקר מסביר שהמודל שהציעו קשור ישירות במעבר הפאזה הקוסמולוגי. מעבר הפאזה הקוסמולוגי התרחש ביקום הקדום והמכניזם שלו דיי דומה להיווצרותם של בועות אוויר במים רותחים. כאשר החומר האפל נוצר, רק החומר הכבד חדר את הבועה המתפשטת. לטענת החוקרים, הבועות הדיחו חומר אפל קל והותרו רק לחומר כבד להיווצר. חומר אפל שנמצא בסקאלת אנרגיה נמוכה מ- TeV או אפילו מ- PeV לא שרדו ו"סוננו" מהיקום.

"המודל שפרסמנו מציע לחפש אחר חלקיק כבד הרבה יותר מאלו שהוצעו עד כה. המפורסם בניהם הוא 'חלקיק מאסיבי עם אינטרקציה חלשה' (WIMP). רוב המאמצים המחקריים והניסיוניים הושקעו באיתור חלקיק כזה בעל מאסה נמוכה עם אינטרקציה חלשה", מוסיף פרופ' קופ, מכותבי המאמר. "העבודה שלנו מעודדת חוקרים להרחיב את מעגל החיפושים אל עבר חלקיקים כבדים".

על המאמצים לחיפוש החומר האפל

מרבית המאמצים היום מתמקדים אחר חיפוש חלקיק קל בעל אינטרקציה חלשה עם סביבתו. לעת כתיבת הידיעה, החומר האפל לא התגלה בשום ניסוי. "אנחנו יודעים שהחומר האפל קיים, אבל אנחנו לא יודעים מעבר", הסביר ד"ר בקר. "אם מדובר בחלקיק לא ידוע, יש סיכוי טוב שנוכל לאתר אותו במעבדות. אנחנו יכולים באמצעות ניסויים לאתר את המסה של החלקיק ועל יחסיו עם סביבתו ובכך ללמוד יותר לעומק את יסודות היקום".

כדאי גם לציין שלאחרונה המעבדה XENON1T הממוקמת ביפן פרסמה לאחרונה שגילתה אות (בוודאות של 3.5 סיגמה) החורג מתאוריות המקובלות ומרעשי הרקע המקומיים. האות עדיין לא עומד בקריטריונים הקפדניים של 5 סיגמה, אבל הוא בהחלט גורם למדעים ברחבי העולם לתהות מה מקורו. אם מדובר בחומר אפל, החלקיק שמאותר הוא בעל מאסה של 5 KeV, נמוך פי אלף (לפחות) מהמודל שהוצע כאן. לבינתיים חוקרים בוחנים את האפשרות שמדובר באנומליה מהחלל, ככל הנראה מכוכב ניוטרונים דועך או ענק אדום.

ובחזרה למודל החדש - החוקרים מקווים שהתאוריה תוביל לתכנון ניסויים לאיתור חלקיקים כבדים בעתיד. אחת מהמעבדות החדשות שהחוקרים מכוונים היא המעבדה התת-קרקעית של סטאוול. המעבדה שכרגע בתהליכי הקמה באיזור ויקטוריה, קילומטר מתחת למאגר טבעי של זהב, תשמש בקרוב לאיתור החומר האפל, הראשונה בעומק שכזה.

למאמר על המודל החדש

למאמר על הניסוי ביפן