מדענים רשמו פריצת דרך אפשרית בחיפוש אחר חומר אפל: בניסוי שנערך בעומק של כ־1.6 קילומטרים מתחת לפני הקרקע בדרום דקוטה נצפה אירוע שעשוי להיות רמז לקיומו של החומר החמקמק. עם זאת, החוקרים נמנעו מלטעון כי הצליחו סוף־סוף לזהות חומר אפל.
החוקרים תיארו אינטראקציה בין חלקיקים שתועדה במתקן המחקר התת־קרקעי סנפורד, שנבנה בתוך מכרה זהב לשעבר באזור בלאק הילס שבדרום דקוטה. ייתכן שבאירוע היה מעורב חלקיק משוער המכונה WIMP – ראשי תיבות של "חלקיק מסיבי בעל אינטראקציה חלשה". זהו אחד המועמדים המרכזיים שהוצעו כחלקיק שממנו עשוי להיות מורכב החומר האפל.
החומר הרגיל מרכיב את הכוכבים, כוכבי הלכת, בני האדם וכל דבר אחר שאנחנו יכולים לראות. אלא שהוא מהווה רק כ־15% מכלל החומר ביקום. לפי ההערכות, השאר הוא חומר אפל – חומר שאינו פולט או מחזיר אור, ולכן אינו נראה לעין האנושית או לטלסקופים. עם זאת, המדענים בטוחים בקיומו בגלל השפעות הכבידה שלו על גלקסיות.
הכי מעניין
מאיץ חלקיקים | צילום: AFP
סם אריקסן, פיזיקאי חלקיקים מאוניברסיטת בריסטול באנגליה והמחבר הראשי של המחקר המתאר את העבודה, אמר כי התוצאה "עשויה להיות הרמז הראשון לתצפית בחומר אפל".
לפי ההערכות, חומר אפל כמעט שאינו מקיים אינטראקציה עם חומר רגיל. ניסוי LUX-ZEPLIN, המכונה בקיצור LZ, שבמסגרתו נרשמה התצפית, נועד בדיוק לזהות אינטראקציות נדירות כאלה, והוא מותאם במיוחד לחיפוש אחר חלקיקי WIMP.
בניסוי נעשה שימוש ב־10 טונות של היסוד הכימי קסנון במצב נוזלי, בתוך גלאי גדול בצורת גליל. הניסוי מנוהל בידי המעבדה הלאומית לורנס ברקלי של משרד האנרגיה האמריקני.
החוקרים מחפשים מקרים שבהם חלקיקי חומר אפל פוגעים באטומי קסנון ומתפזרים מהם. כאשר מתרחשת התנגשות כזו, אמורים להופיע הבזקי אור, והתכונות של ההבזקים יכולות ללמד את החוקרים איזה סוג חלקיק פגע בקסנון.
החומר האפל מעצב את המציאות סביבנו | צילום: AP
בהודעה שנמסרה ביום שלישי בכנס מדעי ביפן, ובמחקר שהוגש לפרסום בכתב העת Physical Review Letters, תיארו החוקרים אינטראקציה שהתגלתה בין אטום קסנון לבין חלקיק אחר. האירוע התרחש באופן שתואם את מה שמדענים צופים שיקרה במקרה של התנגשות עם חלקיק WIMP.
לדבריהם, ייתכן שמה שנצפה היה חלקיק WIMP שהתנגש בגרעין של אטום קסנון והעביר אליו כמות קטנה של אנרגיה. כתוצאה מכך נוצר הבזק חלש של אור אולטרה־סגול, שנקלט בגלאי. ההתנגשות גם גרמה לגרעין אטום הקסנון להיזרק קדימה – תופעה המכונה "רתיעה גרעינית".
"זה רק אירוע אחד"
למרות שהאינטראקציה התנהגה כפי שהחוקרים מצפים שחלקיק WIMP יתנהג, הם מדגישים כי הממצא עדיין אינו עומד ברף הסטטיסטי הדרוש כדי להכריז על גילוי של חומר אפל.
"חשוב להדגיש שמכיוון שמדובר באירוע יחיד בלבד, אנחנו לא טוענים שזה חומר אפל", אמר אריקסן.
החוקרים ממשיכים כעת לבדוק הסברים אפשריים אחרים לאירוע. "ייתכן שאנחנו מסתכלים על משהו יוצא דופן, אבל אנחנו חייבים להיות קפדניים במיוחד לפני שנגיע למסקנה הזאת", אמרה האסטרופיזיקאית אלווין קמאהה מאוניברסיטת קליפורניה בלוס אנג'לס, שהשתתפה במחקר.
מאיץ החלקיקים בשווייץ | צילום: איי.אף.פי
המדענים עדיין אינם יודעים מהו בדיוק החומר האפל, כפי שהם גם אינם יודעים מה טבעו של הכוח הקוסמי המסתורי המכונה "אנרגיה אפלה". "ייתכן שמיליוני חלקיקי חומר אפל עוברים דרך הגוף שלנו בכל שנייה, ובכל זאת כמעט אף אחד מהם לעולם לא יקיים אינטראקציה עם אטום בגופנו", אמרה קמאהה.
אחת ההשערות המרכזיות היא שהחומר האפל מורכב מסוג של חלקיקים שנוצרו בראשית ימיו של היקום ועדיין קיימים בו כיום. "כשאנחנו מתבוננים בגלקסיות ובצבירי גלקסיות, אנחנו רואים שהן מתנהגות כאילו הן מכילות מסה גדולה הרבה יותר מכמות החומר שאנחנו מסוגלים לראות. לכן, אף שאנחנו לא יכולים לראות את החומר האפל עצמו, אנחנו יכולים לראות מה כוח הכבידה שלו עושה", הסבירה קמאהה.
עוד כתבות בנושא
"אפשר לחשוב על חומר אפל כעל הדבק הקוסמי שסייע לאפשר את היווצרותן של גלקסיות כמו שביל החלב שלנו. בלי חומר אפל, היקום היה מתפתח בצורה שונה מאוד, וייתכן שהמבנים שהובילו בסופו של דבר להיווצרות מערכת השמש שלנו לא היו נוצרים באותו האופן", אמרה.
מדענים מחפשים אחר חומר אפל בכמה דרכים שונות. "אנחנו חוקרים את השפעת הכבידה שלו על גלקסיות ועל היקום. אנחנו מנסים לייצר חלקיקי חומר אפל במאיצי חלקיקים. ואנחנו מבצעים ניסויי גילוי ישיר במתקנים הקבורים עמוק מתחת לאדמה, כמו LZ, כדי להגן עליהם מקרינה קוסמית וממקורות רקע אחרים, בזמן שאנחנו מחפשים אחר המקרה הנדיר ביותר שבו חלקיק של חומר אפל יקיים אינטראקציה עם חומר רגיל", אמרה קמאהה.
עוד כתבות בנושא
עוד כתבות בנושא
