Vanatoarea de particule de materie intunecata sau oricum a particulelor care nu fac parte din Modelul Standard al fizicii particulelor elementare, sau, daca fac parte, au proprietati neasteptate, continua, cercetatorii fiind din ce in ce mai hotarati sa descopere semnale care sa lumineze strada spre o noua teorie care sa o completeze pe cea actuala.

Materia intunecata umple, se crede, Universul, fiind de 5-6 ori mai multa decat materia pe care o vedem si pe care, mai mult sau mai putin, o cunoastem si care formeaza galaxiile si tot ceea ce reusim sa masuram cu aparatele noastre. Aceasta materie intunecata, se crede, ar fi formata din particle care nu emit lumina si, deci, sunt invizibile telescoapelor noastre.

Pentru a reusi sa „vedem” aceste particule au fost puse la punct doua mari clase de experimente: la acceleratoarele de particule unde se incearca sa se genereze particule de materie intunecata in urma coliziunii fasciculelor de mare energie, si in laboratoare subterane unde se incearca sa se masoare particule de materie intunecata care ajung pe Terra din Univers si lasa semnale in detectoare.

Din aceasta a doua categorie fac parte mai multe experimente instalate in laboratorul subteran italian din Gran Sasso – LNGS. Sub munte, acoperite de 1400 metri ale muntelui, experimentele sunt extrem de sensibile, intrucat semnalele induse de particule care nu au nimic de-a face cu materia intunecata, precum raze cosmice sau radioactivitatea ambientala, sunt reduse extrem de mult. Unul dintre experimentele de la LNGS, Xenon1T, a descoperit recent un exces de evenimente care este extrem de interesant si ar putea fi datorat unor noi particule inca nedescoperite.

Xenon1T este un detector de particule care functioneaza avand la baza xenon lichid si un detector asa-numit TPC (Time Projection Chamber); particulele exotice care lasa energie in detector duc la formarea unor semnale electrice care indica prezenta materiei intunecate. Exista insa, cum spuneam mai inainte, si un numar de eveniment de fond, care corespund unor particule bine cunoscute si care poate fi calculat. Xenon1T a calculat acest numar pentru perioada de achizitie de date careia corespunde analiza despre care va relatez, si acesta ar trebui sa fie 232 evenimente. Au masurat 52 de evenimente in plus!

Nu sunt multe si ar putea sa fie inca vorba despre o fluctuatie statistica (adica sa fie explicate totusi ca evenimente de fond), insa cercetatorii au inceput sa viseze si la alte scenarii. O ipoteza care corespunde tipologiei de evenimente in exces, este cum ca acestea ar fi datorate axionilor solari. Axionii sunt particule care au fost propuse in cadrul unor teorii care rezolva o serie de probleme din cadrul fizicii nucleare.

Pana in prezent nu a fost observat nici un axion, deci daca Xenon1T ar fi masurat intr-adevar axioni ar fi o mare descoperire! Alta ipoteza care ar putea explica excesul de evenimente este o proprietate exotica a neutrinilor: un moment magnetic al acestora mai mare decat se astepta in cadrul Modelului Standard, ceea ce ar reprezenta o dovada (in plus) ca Modelul Standard trebuie inlocuit de o noua teorie, care inca nu stim care este.

Nu stim la ora actuala daca excesul de evenimente, cele 52 in plus, sunt datorate unor procese exotice. Tocmai din acest motiv colaborarea Xenon lucreaza la ora actuala la punerea la punct a unui nou instrument, XenoNnT, care este mai mare decat actualul experiment si care va fi instalat la Gran Sasso pana la sfarsitul lui 2020.

Cand va incepe noua masuratoare vom sti daca au fost descoperite semnalele unei lumi ascunse sau, dimpotriva, totul poate fi inca explicat in cadrul Modelului Standard. Evident, cercetatorii spera ca in sfarsit au intrezarit enigmatice prime semnale ale fetei ascunse a Universului.

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.