Misterul materiei şi energiei întunecate ar putea fi rezolvat cu ajutorul neutronilor

Materia întunecată este o substanță invizibilă, cunoscută doar prin efectele sale, despre care se crede că reprezintă aproximativ 5/6 din toată materia din Univers. Forța gravitațională pe care o exercită această materie ar avea rolul de a menține stelele pe orbitele lor galactice. În cazul în care această substanță nu ar exista, stelele ar trebui să fie catapultate în afara galaxiilor, ținând cont de viteza cu care se învârt acestea din urmă, scrie Agerpres.

De cealaltă parte, energia întunecată este o misterioasă forță despre care cercetătorii cred că este răspunzătoare de expansiunea accelerată a Universului. Fizicienii susțin că această energie ar putea reprezenta până la 70% din masa-energia Universului.

Luată la un loc, materia ordinară, cunoscută de știință reprezintă doar aproximativ 5% din masa-energia Universului. Deocamdată nu se știe sigur ce reprezintă materia întunecată și energia întunecată, dar fizicienii au enunțat mai multe ipoteze cu privire la natura acestora.

Un candidat pentru materia întunecată este particula denumită axion. Fizicienii au propus inițial existența axionilor ca răspuns pentru rezolvarea unei probleme privind forța nucleară puternică, care leagă protonii de neutroni în nucleul atomilor.

O potențială explicație pentru energia întunecată implică teoriile chintesenței, denumite după conceptul aristotelic de „chintesență” — un al cincilea element față de cele patru clasice: aer, foc, pământ și apă. Aceste teorii sugerează că există un câmp de forță necunoscut care interacționează cu materia și umple ceea ce pare a fi spațiu gol. Printre cei mai importanți candidați pentru a îndeplini rolul acestei chintesențe se numără așa-numitele „câmpuri cameleon” care își pierd din forță în apropierea unor obiecte relativ dense, așa cum sunt stelele și planetele, dar sunt puternice în regiuni ale Universului unde nu există materie, aceasta fiind probabil și explicația pentru care nu au fost încă descoperite de știință.

Dacă în Univers există tipuri de particule sau de forțe necunoscute încă de știință, cercetătorii ar trebui să le poată observa oriunde, chiar și pe Pământ. Studiul neutronilor oferă instrumentul perfect pentru acest tip de cercetare. Cum neutronii nu au sarcină electrică, ei sunt în general influențați doar de gravitație și, posibil, și de alte eventuale particule și forțe deocamdată necunoscute de știință.

Oamenii de știință au dezvoltat un instrument extraordinar de sensibil pentru a putea urmări mișcarea neutronilor în câmpul gravitațional terestru. Această metodă folosește neutroni răciți până la—253 de grade Celsius, obținuți de către Institutul Laue-Langevin din Grenoble, Franța.

Neutronii se deplasează cu viteze mai mici de 28,8 km/h în vidul dintre două plăci orizontale fabricate din sticlă foarte bine șlefuită, care reflectă aceste particule. Cercetătorii fac să vibreze aceste „oglinzi” de 280 de ori pe secundă, încărcând neutronii cu niveluri specifice de energie.

Apoi, un detector de neutroni analizează energia acestora, pe măsură ce ies dintre cele două plăci. Oamenii de știință cunosc care este nivelul energetic al neutronilor sub influența câmpului gravitațional terestru. Dacă ei observă orice diferență în ceea ce privește nivelul energetic al neutronilor, aceasta poate fi rezultatul interacțiunii dintre materia întunecată și/sau energia întunecată și respectivii neutroni.

„Este ca și când am urmări o minge care cade și sare, cu ajutorul unei noi tehnici cuantice, în căutarea efectelor pe care energia sau materia întunecată le-ar imprima asupra acestei mingii”, a susținut unul dintre autorii acestui studiu, Hartmut Abele, fizician la Universitatea Tehnologică din Viena.

Cercetătorii au măsurat efectele gravitației asupra neutronilor cu o acuratețe de 100.000 de ori mai mare decât în experimentele anterioare și nu au identificat nicio deviere de la binecunoscuta lege a gravitației a lui Newton.

În continuare, oamenii de știință trebuie să găsească o modalitate de a mări semnificativ nivelul de sensibilitate al acestor experimente pentru a putea confirma sau infirma definitiv existența acestor „câmpuri cameleon”. Conform lui Hartmut Abele, cercetătorii trebuie să crească sensibilitatea dispozitivului de analiză cu câteva ordine de magnitudine și apoi trebuie să repete experimentul.

Rezultatele acestui studiu sunt prezentate pe larg în ultimul număr al revistei Physical Review Letters.