Vedci pri hľadaní temnej hmoty prostredníctvom experimentu XEON dospeli k nepredvídaným výsledkom. Podarilo sa im totižto detegovať o niečo viac udalostí, ako sa očakávalo. Vysvetlením tohto javu by mohla byť doposiaľ neobjavená častica, ktorá znamená revolúciu známeho štandardného modelu elementárnych častíc.

Portál Astronomy Now nedávno upozornil na prácu a doposiaľ nerecenzovanú štúdiu medzinárodného tímu vedcov z talianskeho Národného laboratória nachádzajúceho sa pod masívom Grand Sasso (LNGS). V tomto najhlbšom výskumnom centre na svete vedci pracovali na experimente onačenom ako XEON, ktorého cieľom je pátranie po temnej hmote.

Experiment, ktorý sa snaží odhaliť záhadu menom temná hmota

Záhada menom temná hmota je pre vedcov neustálym predmetom skúmania, nakoľko sme ju doposiaľ nedokázali priamo detegovať. Vieme, že podľa štandardného kozmologického modelu Lambda-CDM tvorí 5 % vesmíru obyčajná hmota a jej energia. Naopak 27 % z celkovej hmoty a energie vesmíru tvorí temná hmota a 68 % naopak temná energia.

Zobraziť celú galériu (3)
Zarija Lukic/Lawrence Berkeley National Laboratory

Temná hmota a temná energia tak predstavujú 95 % všetkej energie a hmoty vo vesmíre, pričom samotná temná hmota predstavuje 85 % všetkej hmoty. Práve preto tím vedcov z LNGS naplnil nádobu detektora XENON1T približne 3,2 tonami tekutého xenónu, ktorého častice dokážu počas zrážok so slabo interagujúcimi masívnymi časticami (WIMP) reagovať.

Zobraziť celú galériu (3)
Princíp XEON experimentu využíva prichádzajúce častice, ktoré príležitostne zasahujú xenónové jadrá alebo ich obklopujúce elektróny, čo spustí detekovateľné uvoľnenie energie, použité na výpočet vlastností prichádzajúcich častíc. Zdroj: XENON

Každá takáto interakcia alebo „udalosť“ vytvára záblesk svetla a vylučuje elektróny. Teoreticky by mal byť tento experiment dostatočne citlivý, aby detegoval interakcie s časticami temnej hmoty. Presne 17. júna vedci z LNGS prechádzali výsledky jedného z experimentov vykonaného pomocou detektora XENON1T, keď narazili na nepredpokladaný výsledok, ktorý doposiaľ nedokázali vysvetliť.

Objav, ktorý by mohol prepísať naše poznanie časticovej fyziky

Z očakávaného počtu 232 udalostí ich bolo v skutočnosti pozorovaných až 285, o čom informovali viaceré exkluzívne portály vrátene Business Insider či New York Times. Hoci vedci temnú hmotu neodhalili, 53 neočakávaných udalostí, ktoré počas experimentu nastali, by mohli odkazovať na ešte väčšiu záhadu, no prípadne len na štatistickú chybu.

Zobraziť celú galériu (3)
XENON Collaboration

Vedci tak doposiaľ nevedia, čo presne sa stalo, no majú niekoľko hypotéz. Prvá a azda najzaujímavejšia hypotéza naznačuje, že narazili na novú, doposiaľ neobjavenú  a nedetegovanú časticu, takzvaný „slnečný axión“.

Ide o časticu, ktorá je príliš ťažká na to, aby bola časticou temnej hmoty. Skôr sa jedná o exotickú časticu vytvorenú fúznymi reakciami vo vnútri Slnka, ktorej existenciu už vedci dávnejšie predpokladali.

Pokiaľ by skutočne šlo o slnečné axióny, museli by sme prepisovať dobre známy štandardný model elementárnych častíc. Ten aktuálne veľmi dobre popisuje všetky známe častice a ich interakcie, no nemusí úplne presne zodpovedať fungovaniu celého vesmíru. Nová záhadná častica sa tak aktuálne nachádza mimo tohto modelu a jej objav by bol pre časticových fyzikov niečo ako svätý grál.

Existujú však aj iné hypotézy, ktoré predčasné nadšenie krotia

Samotný experiment je veľmi citlivý a je možné, že ho narušili interakcie neutrín, ktoré boli rovnako generované fúznymi reakciami Slnka. To by ale poukazovalo na ďalší senzačný objav, nakoľko experiment by dokázali narušiť neutrína len v tom prípade, žeby vykazovali oveľa väčšie magnetické pole, aké predpokladá štandardný model. Opäť by sme ho tak museli prehodnotiť.

Zobraziť celú galériu (3)
Neutrína sú hojne produkované fúznymi procesmi vo vesmíre, napríklad vo vnútri Slnka. Tento obrázok ukazuje slnko v takzvanom „neutrínovom svetle“ pozorovanom za pomoci neutrínového detektora Super-Kamiokande v Japonsku. Zdroj: Kamioka Observatory, ICRR, University of Tokyo

Posledné hypotézy však krotia všetky nádeje veľkých objavov. Je totižto možné, že neočakávané udalosti boli vyvolané tríciom, rádioaktívnym izotopom vodíka, ktorý kontaminoval detektor. Na vysvetlenie pozorovaní by stačili iba tri atómy trícia na kilogram xenónu. Mohlo sa tiež stať to, že k mimoriadnym udalostiam vôbec nedošlo, hoci je to nepravdepodobné.

Vedci vypočítali pravdepodobnosť dvoch z 10 000, že zistené udalosti mohli byť spôsobené náhodnou fluktuáciou. Každopádne, vedci už pracujú na novej generácii XEON testov v USA aj Európe, ktorých cieľom bude prešetriť pozorované neočakávané udalosti. Samotný detektor XENON1T sa aktuálne inovuje na novší typ XENONnT, ktorý by mal poňať 3-násobné množstvo tekutého xenónu a zároveň bude oveľa citlivejší.

 „Vďaka lepším údajom z XENONnT sú kolaboranti [experimentu] XENON presvedčení, že čoskoro zistia, či je tento nadbytok [udalostí] je iba štatistická náhoda, kontaminant v pozadí alebo niečo oveľa viac vzrušujúce: nová častica alebo interakcia, ktorá presahuje známu fyziku,“ uviedli vedci vo svojom vyhlásení.

Vesmír a veda