O noua metoda de calibrare a detectoarelor care masoara polarizarea radiatiei cosmice de fond de la bordul satelitului Planck a permis cercetatorilor sa obtina indicatii despre o posibila violare a unei simetrii importante in fizica (simetria paritatii) care ar putea fi generata de materia sau energia intunecate.

Radiatia cosmica de fond este cea mai veche radiatie din Univers – cea care ne da informatii despre Univers asa cum era la circa 380.000 de ani dupa Big Bang, atunci cand radiatia si materia s-au separat. Studiul acestei radiatii este extrem de important intrucat nu doar ne ajuta sa intelegem cum a evoluat Universul si cum arata acesta in trecutul indepartat, dar si cu ce este „umplut”.

Adica aceasta radiatie propagandu-se prin Univers poate interactiona cu materia pe care o intalneste pe parcursul calatoriei si aceasta interactiune poate sa isi lase amprenta asupra radiatiei. Masurand deci caracteristicile acestei radiatii putem intelege de exemplu proprietati ale materiei in Univers, nu doar materia vizibila ci si materia intunecata, daca aceasta interactioneaza cu radiatia de fond.

Masurarea radiatiei de fond este la ora actuala facuta cu ajutorul instrumentelor la bordul satelitilor in spatiu, precum satelitul Planck, al agentiei spatiale Europene ESA. La bordul acestui satelit exista detectoare capabile nu doar sa masoare aceasta radiatie ci si proprietati deosebite ale acesteia, precum polarizarea radiatiei, adica sa verifice daca exista o directie privilegiata de vibratie a undei electromagnetice. Polarizarea are loc atunci cand radiatia electromagnetica este imprastiata de un mediu.

Radiatia de fond a luat nastere cu o anumita polarizare intrucat a fost imprastiata de electroni. Polarizarea acestei radiatii insa poate sa se schimbe daca radiatia calatorind prin Univers interactioneaza de exemplu cu materia intunecata, suferind o rotatie cu un anumit unghi. Masurarea acestui unghi insa este extrem de dificila intrucat este nevoie ca detectoarele amplasate pe satelit sa fie calibrate – adica sa fie in stare sa masoare un unghi relativ la un sistem de referinta legat de cosmos.

Pentru a calibra aceasta masuratoare a unghiului de rotatie a polarizarii, un grup de cercetatori a dezvoltat o noua metoda originala care realizeaza o calibrare de doua ori mai precisa decat pana in prezent. Practic, cercetatorii folosesc masuratori ale proprietatilor radiatiei emise de praful din galaxia noastra, care nu este afectata de materia intunecata sau energia intunecata intrucat distanta parcursa pana la satelitul Planck este mult prea mica.

Folosind aceasta calibrare, cercetatorii au reusit sa masoare unghiul de rotatie a polarizarii radiatiei de fond, publicand rezultatele intr-un articol recomandat de Editor ca fiind unul dintre cele mai importante articole publicate in Physical Review Letters in noiembrie 2020.

Masuratoarea a generat mult interes intrucat a generat o surpriza: au fost obtinute indicatii cum ca ar exista o violare a simetriei P – asa-numita parity-symmetry, care e ca si cum s-ar masura un proces vazut insa in oglinda. In fizica pe care o cunoastem doar interactiunea nucleara slaba violeaza aceasta simetrie, in timp ce interactiunea electromagnetica si cea nucleara puternica nu. Ce ar putea genera aceasta violare a simetriei P in cazul masuratorii polarizarii fotonilor radiatiei de fond?

Chiar daca rezultatul deocamdata nu este cel definitiv, intrucat semnificatia statistica este insuficienta, cercetatorii incearca sa imagineze o sursa a acestui fenomen. S-ar putea ca acet fenomen sa fie datorat interactiunii fotonilor radiatiei de fond cu materia intunecata sau, caz si mai interesant, cu energia intunecata. Nu stim din ce sunt compuse aceste doua entitati, insa din cate stim la ora actuala ar di predominante in Univers – in cantitati mult mai mari decat materia normala, cea pe care o cunoastem.

Importanta acestui stidiu este metoda pusa la punct pentru calibrarea detectoarelor pentru realizarea unei masuratori de precizie; in viitor metoda va fi aplicata noilor date de masuratoare a polarizarii radiatiei de fond si atunci vom sti daca intr-adevar simetria paritatii (P) este sau nu violata si cat de mult; ceea ce, poatem ne va ajuta sa sondam Universul intunecat.

Sursa Foto: Y. Minami/KEK

Articol dedicat lui Eric Peride – La Multi Ani!

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro