מדענים בפרמילאב הודיעו על תחילתו של תהליך שיוביל לחשיפת החומר האפל ואף ייתכן סופר סימטרייה
בעזרת גלאים בטמפרטורות קרובות מאוד לאפס המוחלט בנקודת יתרון של חצי מייל מתחת לפני הקרקע פיזיקאים מ”החיפוש אחר חומר אפל קר” (Cryogenic Dark Matter Search) הודיעו היום (השנים עשר בנובמבר 2003) על תחילתו של מסע חיפוש, שעשוי לפתור שתי תעלומות, שיתכן ותתגלינה כאותה אחת: מהותו של החומר האפל, שנמצא בכל רחבי היקום, ושאלת קיומם של חלקיקים סופר סימטריים, שנחזים בתיאוריה של פיזיקת חלקיקים. מדענים ב-2 CDMS, ניסוי שמנהלת המחלקה לאנרגיה של מעבדות המאיץ בפרמי, מקווים לגלות WIMPs , חלקיקים מסיביים שהשפעתם על חומר היא זעירה (Weakly Interacting Massive Particles), המועמדים המובילים להסברת החומר האפל. חלקיקים אלה עשויים להתגלות כניוטרלינו, חלקיקים שלא נתגלו עדיין, שקיומם נחזה בתיאוריית הסופר סימטרייה.
“דומה כי ישנו חץ מהפיזיקה של חלקיקים וחץ מהקוסמולוגיה, ששניהם מצביעים באותו הכיוון,” אמר דן אקריב, סגן מנהל פרוייקט 2 CDMS מאוניברסיטת קייס ווסטרן ריזרב . “גילוי ניוטרלינו יהיה הישג עצום לקוסמולוגיה ולפיסיקה של חלקיקים.”
ניסוי ה-2 CDMS, פרי שיתוף פעולה של מדענים מ-12 מוסדות ותמיכת המשרד למדע של המחלקה לאנרגיה של ארה”ב (DOE – Department Of Energy ) ושתמיכת קרן המדע הלאומית, משתמש בגלאי, שממוקם עמוק מתחת לפני הקרקע במכרה הברזל ההיסטורי בצפון מזרח מינסוטה. מבצעי הניסוי תרים אחר WIMPs , חלקיקים מסיביים יותר מפרוטון, אך האינטראקציה שלהם עם החומר כה חלשה, כך שאלפים מהם יעברו דרך גופך של בשניה מבלי להותיר עקבות.
באופן ראוי לציון, בהתלכדות מסוג זה שזוכה לתשומת לבם של פיסיקאים, המאפיינים של החומר הקוסמי החסר נראים תואמים לאלה של הניוטרלינו הסופר סימטריים.
“או שזה צירוף מקרים קוסמי, או שהיקום מנסה לומר לנו דבר מה,” אמר דן באוור מפרמילאב, מנהל פרויקט ה-2CDMS .
מצפייה בסיבוב בגלקסיות – כיצד הכבידה משפיעה על הכוכבים בגלקסייה – אסטרונומים יודעים מזה 70 שנה, שהחומר שאנו רואים לא יכול להרכיב את כל החומר ביקום. אם הוא אכן היה כל החומר ביקום, הגלקסיות היו מתפרקות. חישובים אחרונים מצביעים, כי חומר רגיל שמורכב מאטומים מהווה רק 4% מתכולת החומר אנרגיה של היקום. “אנרגיה אפלה” מהווה כ-73% , וצורה לא ידועה של חומר אפל מהווה כ-23%.
“נאמר לעיתים קרובות, כי זוהי המהפכה הקופרניקאית האולטמטיבית,” אמר דייוויד קולדוול, פיזיקאי באוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה ויושב ראש הוועדה המבצעת של ה-2 CDMS. “לא זאת בלבד שאנחנו לא במרכז היקום, אנו אף לא עשויים מאותו חומר כמרביתו.”
מדידות של קרינת הרקע הקוסמית, קרינה שנשארה מהמפץ הגדול, הציבו לאחרונה מגבלות חמורות על טבעו וכמותו של החומר האפל. הנויטרינו קל המשקל יכול להוות רק אחוזים בודדים של המסה החסרה. אם נויטרינו היה המרכיב העיקרי של החומר האפל, הוא היה מותיר את רשמיו של קרינת הרקע הקוסמית, כך שגשושית ווילקינסון לאי אחידות בקרינת הרקע הייתה מגלה, אך לא עשתה כן.
באותו זמן, פיזיקאים של חלקיקים המשיכו לחפש אחר חלקיקים, שירחיקו אל מעבר למודל הסטנדרטי, התיאוריה של החלקיקים האלמנטריים ופעולות הגומלין ביניהם. סופר סימטרייה, תיאוריה שמקרבת אותנו לאיחוד ארבעת הכוחות, חוזה, כי לכל חלקיק חומר יש בן זוג סופר סימטרי מסיבי ממנו. איש אינו חזה עדיין בחלקיק בן זוג שכזה. התיאורייה מתארת את הניוטרלינו כחלקיק הסופר סימטרי הנייטרלי הקל ביותר והיציב ביותר, תכונה חשובה של חומר אפל. השפע הצפוי של הניוטרלינו וקצב פעולות הגומלין שלו עם חלקיקים אחרים גם הופכים אותו למועמד סביר לחומר האפל, וקולדוול ציין את ההשפעה שעשויה להיות ל-2 CDMS.
“גילוי של החלקיקים הללו” , הוא אמר, “יהיה פריצת דרך עצומה, אחת מהחשובות במאה”.
חלקיקWIMP יפגע בליבת כדור הארץ רק לעיתים רחוקות, ו”רעש הרקע” מאירועי חלקיקים יותר שגרתיים, כגון הקרניים הקוסמיות, שממטירות את כדור הארץ כדרך קבע, על פי רוב יטמיע את אינטראקציות הנדירות הללו. מיקום הגלאי של ה-2 CDMS 740 מטר מתחת לפני הקרקע ממסך את רוב “רעש” החלקיקים מקרניים קוסמיות. קירור הגלאי לטמפרטורה של כ-50 אלפיות המעלה מעל לאפס המוחלט מפחית את אנרגיית החום שברקע ומאפשר גילוי של התנגשויות בודדות של חלקיקים. באוור מפרמילאב מעריך, כי אם “רעש הרקע” יהיה נמוך מספיק, CDMS זקוק רק לכמה אינטראקציות בודדות כדי לתת טענה מוצקה על גילוי ה-WIMPs .
“הטכנולוגיה רבת העוצמה בה אנו משתמשים מאפשרת זיהוי חד משמעי של אירועים בגבישים, שנגרמו בידי כל צורה בלתי ידועה של חומר,” אמר אחד מהדוברים של CDMS, ברנרד סדולט מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי.
דובר אחר, בלס קבררה מאוניברסיטת סטנפורד, הסכים עם דבריו של סדולט.
“אנו מאמינים, כי יש בידינו המערכת הטובה ביותר בעולם במובן של היכולת לגלות WIMPs,” אמר קבררה.
“המאמץ הזה הוא דוגמא טובה לשיתוף הפעולה בין המשרד לפיזיקה של אנרגיות גבוהות של ה-DOE ובין הקרן הלאומית למדע בניסיון לעזור למדענים למצוא את מקור החומר האפל ביקום,” אמר ריימונד אורבך, ראש משרד המדע של המחלקה לאנרגיה של ארה”ב.
“2 CDMS הוא מסוג המחקרים החדשניים ופורצי הדרך, שהקרן הלאומית למדע גאה לתמוך בהם,” אמר מייקל טרנר, עוזר מנהל למדעי המתמטיקה והפיסיקה בקרן הלאומית למדע. “אם הניסוי יגלה אות, הוא עשוי לספר לנו מהו החומר האפל ולספק לנו רמז חשוב כיצד הכבידה משתלבת עם שאר הכוחות. ניסוי מסוג זה מראה כיצד ניתן להשתמש ביקום כמעבדה להשגת תשובות על כמה מהשאלות הבסיסיות ביותר, שאנו יכולים לשאול. כמו כן הוא מראה כיצד עובדות ביחד המחלקה לאנרגיה והקרן הלאומית למדע.”
בעוד שה-2 CDMS מחפש אחר החומר האפל, מדענים במאיץ החלקיקים טבטרון בפרמילאב ינסו ליצור ניוטרלינו ע”י גרימת התנגשויות בין פרוטונים לאנטי פרוטונים.
“CDMS יכול לתת לנו את המסה וקצב האינטראקציות של הWIMP” אמר רוג’ר דיקסון מפרמילאב. “אך יש צורך במאיץ כדי להגיד לנו אם זהו הניוטרלינו.”
בין משתפי הפעולה ב-2 CDMS נכללים אוניברסיטת בראון, אוניברסיטת קייס ווסטרן ריזרב, מעבדות המאיץ הלאומי בפרמי, מעבדות המאיץ הלאומי לורנס ברקלי, המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה, אוניברסיטת פרינסטון, אוניברסיטת סנטה קלרה, אוניברסיטת סטנפורד, אוניברסיטת קליפורניה בברקלי, אוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה, אוניברסיטת קולורדו בדנבר ואוניברסיטת מינסוטה.
המימון לניסוי 2 CDMS מגיע ממשרד המדע של המחלקה לאנרגיה של ארה”ב וחטיבת האנרגיה והאסטרונומיה של הקרן הלאומית למדע של ארה”ב.
פרמילאב היא מעבדה לאומית, הממומנת בידי משרד המדע של המחלקה לאנרגיה של ארה”ב ומופעלת בידי התאחדות המחקר באוניברסיטאות.
קישור להודעה המקורית באתר של פרמילאב
מתוך הודעה לעיתונות מטעם פרמילאב. תרגום: דיקלה אורן
