Νέα μέθοδος με αιωρούμενο μαγνήτη μπορεί να φέρει επανάσταση στην αναζήτηση της σκοτεινής ύλης

Μια πρωτοποριακή προσέγγιση μετατρέπει ένα πείραμα βαρύτητας σε πιθανό ανιχνευτή για το πιο μυστηριώδες υλικό του σύμπαντος.

Η σκοτεινή ύλη – το αόρατο συστατικό που φαίνεται να κυριαρχεί στο σύμπαν – παραμένει ένα από τα μεγαλύτερα άλυτα μυστήρια της σύγχρονης φυσικής. Παρά το γεγονός ότι πιστεύεται πως αντιπροσωπεύει περίπου το 27% της συνολικής ύλης και ενέργειας του σύμπαντος, κανένα πείραμα μέχρι σήμερα δεν έχει καταφέρει να την ανιχνεύσει άμεσα.

Ωστόσο, μια νέα τεχνολογική προσέγγιση μπορεί να αλλάξει τα δεδομένα. Ερευνητές με επικεφαλής τον αστροσωματιδιακό φυσικό Christopher Tunnell από το Πανεπιστήμιο Rice στο Τέξας, παρουσίασαν μια καινοτόμα μέθοδο που χρησιμοποιεί έναν αιωρούμενο μαγνήτη σε υπεραγώγιμο θάλαμο, για την ανίχνευση πιθανών επιδράσεων βαρύτητας της σκοτεινής ύλης.

Από τη βαρύτητα στη σκοτεινή ύλη

Το πείραμα στηρίζεται σε μια παλαιότερη τεχνική ακριβείας που είχε σχεδιαστεί για τη μέτρηση δυνάμεων βαρύτητας. Σε αυτήν, ένας μικρός μαγνήτης αιωρείται στο κέντρο μιας υπεραγώγιμης παγίδας, όπου εξουδετερώνεται κάθε εξωτερική επιρροή. Το υλικό του θαλάμου, ψυχόμενο σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες, λειτουργεί χωρίς ηλεκτρική αντίσταση και απωθεί μαγνητικά πεδία – διατηρώντας τον μαγνήτη σταθερά αιωρούμενο.

Η νέα θεωρία που προτείνουν οι ερευνητές υποστηρίζει ότι, αν σκοτεινή ύλη περάσει κοντά στον μαγνήτη, η βαρυτική της επίδραση (είναι η δύναμη που ασκείται μεταξύ δύο σωμάτων με μάζα) – έστω και απειροελάχιστη – θα μπορούσε να προκαλέσει μια κίνηση στον μαγνήτη. Αυτή η μικρή μετατόπιση μπορεί να εντοπιστεί με τη χρήση μιας εξαιρετικά ευαίσθητης συσκευής, γνωστής ως SQUID (Υπεραγώγιμη Κβαντική Συσκευή Παρέμβασης), η οποία μετρά τις παραμικρές αλλαγές στο μαγνητικό πεδίο.

Η πρόκληση της ανίχνευσης

Μέχρι στιγμής, η σκοτεινή ύλη δεν έχει ανιχνευθεί με αυτήν τη μέθοδο – αλλά τα πρώτα αποτελέσματα ενισχύουν την αξιοπιστία και την ευαισθησία της προσέγγισης. Ο Tunnell και η ομάδα του σχεδιάζουν τώρα μια αναβαθμισμένη εκδοχή του πειράματος, με την κωδική ονομασία POLONAISE, που θα ενισχύσει περαιτέρω την ευαισθησία στη μάζα και θα μειώσει τον περιβαλλοντικό «θόρυβο».

Οι βελτιώσεις περιλαμβάνουν τη χρήση βαρύτερου μαγνήτη, ενισχυμένα μέτρα απομόνωσης κραδασμών και ένα προηγμένο σύστημα SQUID, ικανό να ανιχνεύει εξαιρετικά μικρές μεταβολές στο μαγνητικό πεδίο.

Προς το αόρατο σύμπαν

Αν το πείραμα αποδώσει, η μέθοδος αυτή δεν αποκλείεται να ανοίξει τον δρόμο για μια νέα γενιά ανιχνευτών σκοτεινής ύλης, βασισμένων στην κβαντική τεχνολογία και τις μαγνητικές αιωρήσεις. Όπως δηλώνει ο Tunnell: «Το αποτέλεσμά μας υπογραμμίζει τις δυνατότητες αυτής της τεχνολογίας. Ελπίζουμε ότι θα ενθαρρύνει την περαιτέρω ανάπτυξη πειραμάτων με μαγνητικά αιωρούμενες διατάξεις στη φυσική των αστροσωματιδίων».

Ίσως τελικά η απάντηση στο τι είναι η σκοτεινή ύλη να μην προέλθει από γιγαντιαίους ανιχνευτές ή διαστημικά τηλεσκόπια, αλλά από την ταλάντωση ενός μικρού μαγνήτη, που αιωρείται στο κενό.