Anyagvilág - Háttérinformáció

A sötét energia nyomában: kaméleonvadászat

Tartalomjegyzékhez Világképem     

A sötét energiához kapcsolódó hipotetikus részecskék kimutatására tettek kísérletet a Kaliforniai Egyetem (Berkeley) kutatói Holger Müller fizikus professzor vezetésével. A kísérlet, amelyről a Scíence-ben számoltak be, végül ugyan nem vezetett pozitív eredményre, de a korábbi hasonló próbálkozásoknál három nagyságrenddel szűkebb korlátok közé szorította a lehetséges paramétereket. Müller és munkatársai most azt remélik, hogy következő kísérletsorozatukban vagy sikerül elcsípniük a feltételezett részecskéket, vagy be tudják bizonyítani, hogy egyáltalán nem léteznek.

A sötét energia létezésére utaló első jelekre 1998-ban bukkantak rá, amikor felfedezték a Világegyetem gyorsuló tágulását. A jelenség ellentmondott a korábbi ismereteinken alapuló modelleknek, amelyek szerint a tágulás üteme az Univerzum tágulása során egyre csökken. Mivel ezt az ütemet alapvetően a Világegyetem teljes energiamérlege határozza meg, ez azt jelenti, hogy abban léteznie kell egy olyan anyag/energia jellegű összetevőnek, amely a gravitációval szemben taszító hatásként, egyfajta negatív nyomásként lép fel, és összességében a teljes energia mintegy 70 százalékát teszi ki. Ezt nevezték el sötét energiának. Hogy még cifrább legyen a helyzet, később, a mérések pontosításával kiderült, hogy a sötét energia hatása a Világegyetem méretének növekedtével válik egyre erősebbé. A Nagy Bummot követően évmilliárdokon át az Univerzum eleinte lassulva tágult, majd mintegy 7 milliárd évvel ezelőtt a sötét energia dominánssá vált, és a tágulás gyorsulásba fordult.

A kísérleti berendezés

 

A sötét energiának tulajdonítható, hogy a Világegyetem kezdetben

lassuló tágulása egy idő után gyorsulásba váltott át

A sötét energia mibenléte egyelőre rejtély. Felfedezése óta persze számos elméleti feltételezés született. Ezek egy része szerint ez egyszerűen a téridő szövedékébe beleszőtt állandó energiasűrűség, amely egyenletesen tölti ki a teret. Formálisan ez megfelel az általános relativitáselmélet téregyenleteibe Einstein által, a stacionárius világmodell biztosítására bevezetett kozmológiai állandónak, amelyet maga a tudós élete legnagyobb baklövésének nevezett és elvetett, amikor bebizonyosodott Világegyetem tágulása. Ez a formális megoldás persze mit sem mond e tényező mibenlétéről. (Kézenfekvő lenne ide a vákuumenergiát behelyettesíteni, az azonban sok nagyságrenddel nagyobb a megfigyelt gyorsuláshoz szükségesnél.) Más kutatók egy eddig ismeretlen ötödik kölcsönhatásban és az ahhoz kapcsolódó hipotetikus részecskékben keresik a választ. Ezzel viszont az a bökkenő, hogy az erőhatás csak nagy távolságokon lehet számottevő, és nem okozhat észlelhető változásokat például a bolygók Naprendszeren belüli vagy a csillagok galaxisokon belüli mozgásában.

Az atom-interferométer vákuum-kamrájába egy 2,5 centiméter átmérőjű alumínium

gömböt helyeztek. Ha a kaméleon részecskék léteznek, hatásuk némileg

megváltoztatja a tisztán a gravitációból számítható erőhatást, s ennek következtében

a cézium-atomok valamivel nagyobb gyorsulással zuhannak a gömb felé.
(KÉPEK: HOLGER MULLER/UC BERKELEY)

2003-ban két elméleti fizikus, Justin Khoury és Amanda Weltman vetette fel a kaméleon részecskék ideáját, amelyek elképzelésük szerint a remek álcázási képességükről nevezetes gyíkokhoz hasonlóan — képesek alkalmazkodni környezetükhöz, s ennek révén elrejtőzni előlünk. Olyan helyeken, ahol az anyag sűrűsége viszonylag nagy, a kaméleon részecskék csak nagyon gyengén és nagyon kis hatótávolságon belül hatnak kölcsön más anyagi részecskékkel, ami magyarázza, hogy miért nem észlelhetjük őket itt a Földön vagy közelebbi kozmikus környezetünkben. Ezzel szemben az intergalaktikus térben, ahol a hagyományos anyag sűrűsége rendkívül kicsi, a kaméleon részecskék kölcsönhatása felerősödik és a hatótávolságuk is megnő. Ez megmagyarázná, miért annyira nehéz lefülelni az így rejtőzködő részecskét.

Müller laboratóriumában már korábban több olyan rendkívül érzékeny atominterferométert építettek, amelyek segítségével nagyon kis gravitációs anomáliákat, az általános relativitáselmélettől való parányi eltéréseket szándékoztak kimutatni. Ezek egyikével próbálták most a feltételezett kaméleon részecskék jelenlétét kimutatni egy-egy atom és egy nagyobb tömeg közti kölcsönhatás révén. (Ez ígéretesebb próbálkozásnak tűnt, mint két nagyobb tömeg közti kölcsönhatásban észlelni, ott ugyanis a két nagyobb tömeg a kölcsönhatás erősségét és hatótávolságát is észrevehetetlenné csökkenti.) Vákuumkamrában egy 2,5 centiméter átmérőjű alumíniumgömböt helyeztek el, majd ultrahideg cézium (Cs-)atomokat ejtettek felé, és a 10—20 ezeredmásodpercig szabadon eső atomok gyorsulását szuperérzékeny lézeres interferometriával mérték meg. A méréssel a földi gravitációs erőtér létrehozta gyorsulástól 1 milliomod résznyi eltérést is képesek lettek volna kimutatni — ám nem tapasztaltak semmit.

„A kísérlet alapján az olyan kaméleon részecskéket, amelyeknek a normál anyaggal való kölcsönhatása erősebb a gravitációnál, a továbbiakban kizárhatjuk a modellekből — nyilatkozta Khoury. — A következő kísérletsorozatokban ezt a határt még lejjebb szoríthatjuk. Legrosszabb esetben odáig is eljuthatunk, hogy ez a fajta álcázási mechanizmus téves feltételezés, és akkor legalább annyit tudunk, hogy a magyarázatot más úton kell keresnünk"

Tartalomjegyzékhez Világképem     

----------------

(Forrás: http://news.berkeley.edu/2015/08/20/experiment-attempts-to-snare-a-dark-energy-chameleon/ 

1155-1157.o. ■ Élet és Tudomány ■ 2015/37