Experiment XENON1T odhalil temnou energii

Temná energie, tajemná síla způsobující zrychlení vesmíru, může být zodpovědná za neočekávané výsledky experimentu XENON1T pod italskými Apeninskými horami.

Nová studie vedená vědci z University of Cambridge a publikovaná v časopise fyzická kontrola d, naznačuje, že některé nevysvětlené výsledky experimentu XENON1T v Itálii mohou být způsobeny temnou energií, nikoli temnou hmotou, pro kterou byl experiment navržen.

„Bylo překvapivé, že tento přebytek byl v zásadě způsoben spíše temnou energií než temnou hmotou. Když věci spolu tak cvakají, je to opravdu zvláštní.“ – Sunny Vagnozzi

Sestavili fyzikální model, který by pomohl vysvětlit výsledky, které mohly pocházet z částic temné energie produkovaných v oblasti Slunce se silnými magnetickými poli, ačkoli k potvrzení této interpretace budou nutné budoucí experimenty. Vědci tvrdí, že jejich studie by mohla být důležitým krokem k přímé detekci temné energie.

Všechno, co naše oči vidí na obloze a v našem každodenním světě – od malých měsíců po obrovské galaxie, od mravenců po modré velryby – tvoří necelých pět procent vesmíru. Zbytek je temný. Asi 27% je temná hmota – neviditelná síla, která drží pohromadě galaxie a kosmickou síť – zatímco 68% je temná energie, což způsobuje, že se vesmír rozpíná zrychlujícím tempem.

Doktor Sunny Fagnozzi z Kavliho institutu kosmologie v Cambridgi řekl: „Přestože jsou obě složky neviditelné, víme o temné hmotě mnoho, její existence byla navrhována již ve 20. letech 20. století, zatímco temná energie byla objevena až v roce 1998.“ . První autor listu. „Rozsáhlé experimenty, jako je XENON1T, jsou navrženy tak, aby přímo detekovaly temnou hmotu hledáním známek temné hmoty, která ‚koliduje‘ s běžnou hmotou, ale temná energie je obtížnější.“

Aby objevili temnou energii, vědci obecně hledají gravitační interakce: způsob, jakým gravitace přitahuje objekty. A ve větších měřítcích je gravitační účinek temné energie nechutný, rozebírá věci od sebe a urychluje rozpínání vesmíru.

READ  Nenechte si ujít „hlavní čas“ pro pershawský meteorický roj

Asi před rokem studie XENON1T hlásila neočekávaný nebo zvýšený signál nad očekávaným pozadím. „Tyto druhy zneužívání jsou často rizikové, ale mohou také příležitostně vést k zásadním objevům,“ řekl doktor Luca Vecinelli, výzkumný pracovník Frascati National Laboratories v Itálii, který je spoluautorem studie. „Objevili jsme model, ve kterém by tento signál mohl být přičítán temné energii, nikoli temné hmotě, pro kterou byl experiment původně navržen.“

V té době byly nejčastějším vysvětlením nárůstu osy-hypotetické, ultralehké částice-produkované na slunci. Tato interpretace však neobstojí v pozorováních, protože množství os potřebných k interpretaci signálu XENON1T by radikálně změnilo vývoj hvězd mnohem těžších než Slunce, na rozdíl od toho, co pozorujeme.

Jsme daleko od úplného pochopení toho, co je temná energie, ale většina fyzických modelů temné energie povede k existenci takzvané páté síly. Ve vesmíru existují čtyři základní síly a vše, co nelze vysvětlit jednou z těchto sil, se někdy označuje jako výsledek neznámé páté síly.

Víme však, že Einsteinova gravitační teorie funguje v místním vesmíru velmi dobře. Jakákoli pátá síla spojená s temnou energií je proto nežádoucí a měla by být „skrytá“ nebo „zkoumána“, pokud jde o malá měřítka, a může fungovat pouze ve větších měřítcích, kde Einsteinova gravitační teorie nedokáže vysvětlit zrychlení vesmíru. Aby se skryla pátá síla, mnoho modelů temné energie je vybaveno takzvanými screeningovými mechanismy, které dynamicky skrývají pátou sílu.

Vagnozzi a kolegové vytvořili fyzický model, který používal typ stínícího mechanismu známého jako chameleonští mimozemšťané, aby ukázal, že částice temné energie produkované v silných magnetických polích Slunce by mohly vysvětlit přebytek XENON1T.

„Sítování našeho chameleona zastaví produkci částic temné energie ve velmi hustých objektech, čímž se vyhneme problémům, které sluneční osy mají,“ řekl Vagnozzi. „Také nám to umožňuje oddělit, co se děje ve velmi hustém místním vesmíru, od toho, co se děje ve větších měřítcích, kde je hustota velmi nízká.“

READ  Studie zjistila, že varianta delta může zdvojnásobit riziko vstupu neočkovaných osob do nemocnice

Vědci pomocí svého modelu ukázali, co by se stalo v detektoru, kdyby byla v určité oblasti slunce, zvané tachoclin, kde jsou magnetická pole obzvláště silná, produkována temná energie.

„Bylo opravdu překvapivé, že tento přebytek byl v zásadě způsoben spíše temnou energií než temnou hmotou,“ řekl Fagnozzi. „Když takhle cvakáte věci dohromady, je to opravdu zvláštní.“

Jejich výpočty naznačují, že experimenty jako XENON1T, určené k detekci temné hmoty, by mohly být také použity k detekci temné energie. Původní nárůst však musí být ještě přesvědčivě potvrzen. „Nejprve musíme vědět, že to nebyla jen náhoda,“ řekl Vesinelli. „Pokud XENON1T skutečně něco uvidí, očekával bys, že podobný exces znovu uvidíme v budoucích pokusech, ale tentokrát s mnohem silnějším signálem.“

Pokud je přebytek způsoben temnou energií, nadcházející aktualizace experimentu XENON1T a experimenty sledující podobné cíle, jako jsou LUX-Zeplin a PandaX-xT, znamenají, že temnou energii lze přímo detekovat během příštího desetiletí.

Reference: „Direct Detection of Dark Energy: Excess XENON1T and Future Prospects“ od Sunny Fagnozzi, Luca Vecinelli, Philip Brax, Ann Kristen Davis a Jeremy Sachstein, 15. září 2021, fyzická kontrola d.
DOI: 10.1103/ PhysRevD.104.063023

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *