"קסנון 1 טון": מציבים גבול חדש לחומר האפל

מדעני מכון ויצמן משתתפים במסע השאפתני ביותר עד כה לחיפוש אחר החומר החמקמק המהווה כ-83% מהחומר ביקום

עמוק באדמה: הגלאי נמצא במנהרה מתחת להר גראן סאסו באיטליה. צילום באדיבות מכון ויצמן
עמוק באדמה: הגלאי נמצא במנהרה מתחת להר גראן סאסו באיטליה. צילום באדיבות מכון ויצמן

האם אנו בדרך לפתרון תעלומת החומר האפל? מדעני מכון ויצמן המשתתפים בניסוי "קסנון 1 טון" (XENON1T) לצד 165 מדענים מ-27 מכוני מחקר מסביב לעולם, דיווחו השבוע כי הציבו גבול לחתך הפעולה של החומר האפל עם חומר רגיל. בעקבות תוצאות אלה, מתכננים ד"ר רן בודניק, צוות המחקר שלו במכון ויצמן למדע ושותפיהם הבין-לאומיים ניסוי בקנה מידה גדול יותר ורגיש יותר – XENONnT – כבר במהלך 2019.

חומר אפל מהווה, לפי השערות, כ-83% מכלל החומר ביקום, אבל הוא בלתי נראה לנו, שכן הוא אינו פולט אור ומקיים אינטראקציות חלשות ביותר עם חומר רגיל. החלקיקים שמשערים כי מהם מורכב החומר האפל מכונים "חלקיקים מסיביים המקיימים אינטראקציות חלשות" (WIMPs). פרויקט "קסנון 1 טון" נמצא בחוד החנית של החיפוש אחר חלקיקים אלה והתוצאות שדווחו השבוע הושגו הודות לנתונים שנאספו לאורך כשנה מגלאי המכיל יותר מטון של הגז האציל קסנון הנמצא במצב נוזלי.

עמוק באדמה, במנהרה מתחת להר גראן סאסו שבשרשרת הרי האפנינים באיטליה, ממתין הגלאי לאות שידווח על אינטראקציה של WIMP עם אטום קסנון באמצעות הבזק זעיר של אור מהבהב וקומץ אלקטרונים מיוננים, הפולטים בעצמם הבזקי אור זעירים. ד"ר בודניק וצוותו מהמחלקה לפיסיקה של חלקיקים ואסטרופיסיקה במכון ויצמן למדע אחראים במסגרת הפרויקט על מערכות הבקרה של הניסוי, על הכיול שלהן ועל הפרשנות הסטטיסטית והניתוח של הנתונים שנאספו.

מאז הניסוי הראשון של "קסנון", ב-2005, המדענים הגדילו את מאסת המטרה הפוטנציאלית מ-5 ק"ג ל-1,300 ק"ג, תוך הקטנת "רעשי הרקע" פי 5,000. המהדורה הבאה של הניסוי תגדיל את מאסת המטרה פי ארבעה, תוך הקטנת ה"רעשים" פי עשרה. "מכיוון שהניסוי XENON1T מדויק ונקי כל כך", אומר ד"ר בודניק, "העובדה שלא התגלו אירועי רקע באזור הטהור ביותר של הגלאי, פירושה שכעת אנו יכולים לקבוע גבול לאינטראקציות של WIMPs עם חומר רגיל. הגלאי החדש יאפשר לנו לחפש את החלקיקים הללו בטווח שלא ניתן היה להבחין בו עד כה".

ניסוי "קסנון 1 טון". גובה הגלאי שווה לגובהו של בניין בן שלוש קומות. צילום באדיבות מכון ויצמן
ניסוי "קסנון 1 טון". גובה הגלאי שווה לגובהו של בניין בן שלוש קומות. צילום באדיבות מכון ויצמן
שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

58 תגובות

  1. יהודה
    ישבתי וחשבתי: ההסבר שלי עדיין תקף, כמו שהוא, גם אם רק חלק קטן מהחלקיקים פוגע 🙂

    ההסבר שלי מניח שיש הרבה חלקיקים. אם היו מעט חלקיקים – אז היינו אמורים לראות משהו דומה לתנועת בראון. גרגיר קטן בריק היה אמור לנוע בצורה אקראית, ולא ליפול בצורה רציפה. ולידיעתך – אנחנו יודעים היום לשקול מולקולה בודדת של חלבון.

  2. יהודה
    זה שאתה אומר שמשהו לא מקובל עלייך, וככה אתה פותר את הבעיה, מראה משהו עלייך.

    המשך התגובה שלך כבר יותר … מקובלת … ואנסה לתת תשובה טובה.

  3. ניסים
    בקשר לפיאוניר ההסבר של נאסא שהתקבל לאחר 30 שנות מחקר לא מקובל עלי . אם זה היה מתקבל מיד עם גילוי האנומליה אז אולי הייתי משתכנע אבל כשגיששו 30 שנה אני מביע ספק במסקנות.
    ובקשר להערה שהתנגשות אלסטית לא וכולה לעשות גרביציה שוב לא מסכים. המצב אינו פשוט כל כך כמו שאתה מראה דיסקיות אטומות לחלוטין שמרתיעות את רוב החלקיקים קדימה ואחורה בין שני הגופים במקרה שלנו רוב החלקיקים חולפים דרך הדיסקיות ורק חלק זעיר מהם נניח מיליונית, גורם לגרביטציה כעת אלה שנירתעים לאחור הם המיליונית שרק מיליונית מהם ידחו את הגוף הראשון כך שעדיין נוכל לאמר שלנירתעים לאחור אין השפעה!
    כך שניראה לי שאתה טועה.
    אבל אתעמק בנושא שוב וארצה לדעת אם דעתך היא דעת רבים.
    לילה טוב ניסים
    יהודה

  4. יהודה
    אין לך שום "ויכוח" בקשר לאנומליה של פיוניר. מדענים רציניים בדקו את הנושא, ומדענים רציניים אחרים ביצעו ביקורת עמיתים רצינית. אתה מתכחש לתוצאות האלה כי זה נוגד את התיאוריה שלך. אל תשלה את עצמך שזה אני ואתה דנים עם מחר יירד אולא יירד גשם.

    בקשר להתנגשויות – גם בריק כמעט מלא אין משיכה בין גופים בגלל התנגשויות אלסטיות של חלקיקים. קשה להסביר את זה בלי ציור, ובעזרת ציור ההסבר פשוט – אבל אנסה.

    דמיין שני לוחות עגולים ודקיקים בחלל ריק – נקרא להם A ו-B. הלוחות מקבילים ועל ציר משותף. קח חלקיק כלשהו שפגיעתו בלוח A מונעת את פגיעתו בלוח B. התעלם בינתיים מחלקיקים שבדיוק מקבילים לציר המשותף. צייר את זה על דף. עכשיו – הוסף בצבע אחר את הקטע החסר, ותקבל קו שמחבר בין שני הלוחות. עכשיו – הסתכל על הקרן הדמיונית שעוברת מנקודת הפגיעה ב-B בחזרה לכיוון הלוח A. חשוב על מסלול חלקיק לאורך הקו הזה – הוא יוצא מ-B, פוגע ב-A, ושוב ל-B, ושוב ל-A, עד שבסוף "יוצא" לחלל החופשי. עכשיו – הפוך את הכיוון לאורך הקו המזגזג הזה – וקיבלת חלקיק חופשי שבא מהחלל ופגע בלוח B, בדיוק במקום שהחלקיק החסום היה פוגע. בלי לוח A, החלקיק לא היה פוגע ב-B.

    כלומר – עבור כל חלקיק שנחסם, יש חלקיק אחר ש"ממלא את מקומו". אתה טוען שהמרחק החופשי גדול. תודה – כי זה רק מפשט את ההסבר שלי (אבל לא משנה את נכונותו).

  5. ניסים
    אתה מדבר על "תורות קיימות שמוכיחות עצמן בדיוק מדהים" עלי זה לא כל כך מקובל, אם את דיוק המדידות שלך אתה משלים בעזרת תיקונים עם תוספת אדירה של חומר מסתורי אפל, אז נו באמת היכן הדיוק שלך כשאתה יכול לתקן את המדידות שלך כמה שאתה זקוק.
    אבל כמו שאתה אומר התיאוריות שלך חוזות תופעות שאכן קורות, לא מכחיש. אבל גם שלי.
    אתה , כמו רבים אחרים , "מוכיח" שהפושינג גרביטי לא עובד כי גם באוויר הוא לא עובד והרי האוויר מלא חלקיקיים הנעים מכל מקום לכל מקום ממש פושינג גרביטי בהתגלמותו, אבל יש הבדל קטן שהוא ה"דרך החופשית הממוצעת של חלקיקיי האוויר הצפופים" שהיא מאוד קטנה יחסית למרחק בין הגופים. אבל אני מהמר שאם נדלל את האוויר ללחץ של כמיליונית אטמוספרה ועל ידי כך נגדיל את הדרך החופשית הממוצעת של חלקיקיי האוויר פי מיליון, ונעשה זאת באזור חסר משקל, אנו כן ניזכה לראות מעין משיכה בין גופים המרחפים בחלל הניסוי.
    כך שהאוויר הוא לחלוטין לא מספיק לפסול את התיאוריה .
    ולגבי החיכוך. אנחנו נמצאים בתוך חלקיקיי אוויר הנעים במהירות של מאות מטר לשנייה ובכל זאת אנו לא מרגיש שאני בוער מהחיכוך. בנוסף יש חיכוך בתנועה בכיוונים מסויימים שכידוע יש לנו ויכוח אם הוא התגלה באנומליה של פיוניר
    מה שיקרה, אני אנסה ליבנות ניסוי באוויר דליל ואבדוק אם ניראית משיכה. אולי זה לא מסובך כל כך .
    לילה טוב
    יהודה

  6. יהודה
    המצב הוא לא בדיוק כמו שאתה מתאר. האפשרות הראשונה מתבססת על תורות קיימות שמוכיחות את עצמן בדיוק מדהים מצד אחד – ומצד שני, חוזות תופעות בלתי סבירות לחלוטין – שאכן מתגלות!

    האפשרות השנייה היא לזרוק את הכל לפח – עבור תיאוריה שאין לה שום בסיס תצפיתי (פרט ל"בעיית הכבידה"), סותרת את כל התיאוריות המופלאות הקיימות – ובנוסף – פשוט לא עובדת.

    אתה כל הזמן מתעלם מהנקודה האחרונה, וזה מאד מוזר לי. אנסה להסביר בעזרת דוגמה. אני יוצא מההנחה שהתנגשיות החלקיקים שלך אלסטיים לחלוטין (אחרת יש חיכוך).

    דמיין כדור קטן גבוה מעל האדמה. לטענתך – חלקיקים פוגעים בעיקר בחלק העליון של הכדור, ולכן יש כוח שקול לכיוון כדור הארץ. אבל – זה לא נכון. חלקיקים אחרים יפגעו בכדור הארץ, ויוחזרו לכיוון הכדור. אם זה לא היה ככה – היינו מגלים משיכה בין גופים בתוך גז.

    זה בעיני מספיק לפסול את התיאוריה. יש גם הפרכות נוספות. למשל – גופים בתנועה אמורים להרגיש חיכוך, ואז זה כבר אינו כוח מרכזי. למשל – הגופים אמורים להתחמם.

    אבל – לא צריך להסתבך: התנגשויות אלסטיות אינן יוצרות משיכה. QED

  7. ניסים
    שאלת שאלה טובה : " מה קורה עם הפתרון הפשוט יותר לא מתאר את המציאות? זה לא רומז שהפתרון הפשוט הזה שגוי?." סוף ציטוט.
    תשובה:- קודם כל ברור שכשבחרנו את הפתרון הפשוט, הוא היה הפתרון הפשוט ביותר בין אינספור פתרונות נכונים אחרים. לא היה פגם בבחירה !, אולם בחלוף הזמן קורים מספר שינויים במדידות כגון הן הופכות מדוייקות יותר ו/או טווח המדידות גדל, ואז, כדבריך, עלול להתברר לנו שהפתרון שבחרנו הוא שגוי ואז נישאלת השאלה"- מה עושים כעת?
    ההתנהגות הראשונית המתבקשת היא לבדוק שוב את המדידות החדשות וייתכן וטעינו בהן אבל אם חולף הזמן ולא מתגלה שום טעות במדידות החדשות, אין לנו כל ברירה אלא לשנות את הנוסחה הפשוטה ולחפש אחרת, בגלל המדידות החדשות יש לנו כעת קבוצה מצומצמת יותר של נוסחאות נכונות שהרי חלק מהן, ובהן הפשוטה הישנה, בוטלו בגלל המדידות החדשות, לכן יש לחפש פשוטה חדשה!.
    בדרך כלל הפשוטה החדשה פותרת את הבעייה.
    אבל מה קורה אם המדידות החדשות מבטלות כל אפשרות לנוסחה חדשה??
    לדוגמא:- הסיפור הידוע לכולנו, בגלקסיות התגלה שנוסחת ניוטון הפשוטה לא עובדת כי כל גלקסיה מתנהגת אחרת למשל שתי גלקסיות ניראות אותו דבר עם אותה מסה אך הן סובבות במהירות שונה?
    במקרה זה נותרות בידינו שתי אםשרויות :-
    הראשונה- להניח שהמדידות שלנו לא מדוייקות ויש להשלים אותן למשל בעזרת חומר בריוני או אפל נוסף (אבל גם יש אפשרויות אחרות)
    והאפשרות השנייה = להבין שזו בכלל לא תופעה גרביטציונית ושיש לחפש תופעה אחרת במקום הגרביטציה שהיא זאת המניעה את הגופים הגדולים (הגלקסיות הצבירים ענניי הגזים ודומיהם) לדוגמא- הפרש לחצים של החלקיקים והפוטונים הנעים במרחביי הקוסמוס! שכידוע על כך יש לנו את אי ההסכמות ביננו.
    יום טוב ניסים
    יהודה

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן