Cel mai puternic laser cu raze X din lume ar putea rezolva unul dintre marile mistere ale Universului

Materia întunecată este o substanță misterioasă care constituie cea mai mare parte a masei Universului. Oamenii de știință știu că există datorită efectelor sale gravitaționale asupra galaxiilor, însă natura sa exactă rămâne necunoscută, deoarece nu poate fi observată direct. Dar cel mai puternic laser cu raze X ar putea rezolva misterul.

Un candidat promițător pentru particula care ar putea compune materia întunecată este axionul, o particulă ipotetică extrem de ușoară. Acum, cercetătorii de la Universitatea Oxford (Anglia), Consiliul Britanic pentru Știință și Tehnologie (STFC) și alte laboratoare folosesc un instrument de ultimă generație pentru a căuta aceste particule evazive: European X-ray Free Electron Laser (XFEL).

• Universul invizibil dezvăluie noi indicii despre materia întunecată
• De ce ni se pare că luna decembrie „vine mai devreme” în fiecare an?

Situat în Hamburg, Germania, XFEL este cel mai puternic laser cu raze X din lume. Instalația include un tunel de 3,4 kilometri dotat cu un accelerator liniar superconductiv și linii de fascicul fotonic. Instalația poate genera 27.000 de impulsuri ultrarapide de raze X pe secundă, esențiale pentru acest experiment revoluționar.

Cel mai puternic laser cu raze X din lume ne-ar putea dezvălui materia întunecată

Experimentul se bazează pe un principiu cunoscut sub numele de „lumina care trece prin pereți”. Fasciculele de raze X sunt direcționate prin cristale de germaniu, care au un câmp electric intern puternic. Acest câmp acționează ca un câmp magnetic intens, permițându-le fotonilor să se transforme în axioni și invers, explică Interesting Engineering.

Pentru a testa existența axionilor, cercetătorii interpun o placă de titan între sursa de raze X și detector. Fotonii obișnuiți sunt blocați de placă, dar dacă axionii există, aceștia ar trebui să treacă prin ea. Pe cealaltă parte, axionii s-ar converti din nou în fotoni, iar acești fotoni ar putea fi detectați, oferind astfel dovada existenței axionilor.

Potrivit unui comunicat de presă, sensibilitatea experimentului la axioni este comparabilă cu cea a altor experimente bazate pe acceleratoare de particule. Axionii sunt particule ipotetice, extrem de mici și ușoare, dar care ar putea avea un rol esențial în înțelegerea materiei întunecate.

O nouă înțelegere a fizicii particulelor

În plus, axionii ar putea explica un mister vechi din fizica particulelor: de ce neutronii, deși sunt alcătuiți din quarcuri încărcate electric, nu prezintă un moment de dipol electric? Fizicienii cred că axionii ar putea anula dezechilibrul care ar duce la apariția unui astfel de moment. Dacă această teorie se confirmă, descoperirea axionilor ar rezolva nu doar acest puzzle, ci și ar demonstra existența unei fizici dincolo de Modelul Standard, cadrul teoretic actual care descrie particulele fundamentale și interacțiunile lor.

Mai mult decât atât, axionii sunt considerați un candidat principal pentru materia întunecată, care are un rol esențial în structura Universului, dar care nu interacționează cu lumina, fiind astfel invizibilă pentru telescoape.

Proprietățile axionilor (interacțiunea extrem de slabă și masa redusă) îi fac să se potrivească perfect cu caracteristicile așteptate ale particulelor de materie întunecată.

Un alt studiu a sugerat că axionii ar putea forma nori în jurul stelelor neutronice, iar dacă aceștia există, ar trebui să emită semnale radio detectabile, oferind astfel o nouă modalitate de a investiga natura materiei întunecate.

Rezultatele experimentului au fost publicate în revista Physical Review Letters.

Vă recomandăm să citiți și:

Astronomii dezvăluie cel mai mare jet radio văzut vreodată în Universul timpuriu

O simulare cuantică a dezvăluit cum bulele cosmice ar putea prăbuși Universul

„Marile canioane” de pe Lună au fost create în doar 10 minute catastrofale, relevă un studiu

Oamenii de știință de la Oxford au construit un supercomputer cuantic și au reușit prima teleportare