in

Láthatunk-e sötét energiát a Földről? Az új kísérletek reményt nyújtanak

A sötét energia valódi természete, két évtizedes vizsgálat ellenére továbbra is, túlszárnyalja a megértésünket. 

Frusztráló módon a sötét energia magyarázatának legtöbb kísérlete kudarcot vall a részecskefizika rendkívül szigorú tesztjein.

Az új kutatások azonban azt mutatják, hogy a sötét energia hipotetikus formája itt a Földön is detektálható. 

Titok a sötétben. Mi a sötét energia?

1997-ben a csillagászok meglepték önmagukat és a világot is azzal a felfedezéssel, hogy az univerzum tágulása felgyorsul. 

Rideg nevet adtak ennek a felgyorsult terjeszkedésnek – sötét energia – mert nem értették, mi okozza ezt a furcsa kozmológiai hatást.

A sötét energia legegyszerűbb magyarázata az, hogy ez egy “kozmológiai állandó”, egy extra szám, ami Einstein általános relativitás elméletéhez adódik. Más szavakkal, ebben a nézetben a világegyetem tágulása felgyorsul, mert … az univerzum tágulása felgyorsul – ami nem éppen kielégítő magyarázat. 

A fizikusok megpróbálták összekapcsolni ezt a kozmológiai állandót a téridő során fellelhető kvantum vákuum energiával, de számításaik szerint a gyorsított terjeszkedés erőssége körülbelül 120 nagyságrenddel nagyobb, ami túlzottan nagy.

Tehát a sötét energia talán nem közvetlenül a téridőbe ágyazódik be. Talán valami új erő, mező vagy részecske működik az univerzumban – ami a részecskefizika standard modellje számára korábban ismeretlen volt. Ez az entitás magyarázná a felgyorsult terjeszkedést, de az elméleti modellek itt is kérdésesek.

A probléma az, hogy amint új erőt, mezőt vagy részecskét vezet be a kozmosz összetevőinek keverékébe, az az erő, mező vagy részecske kölcsönhatásba kezd lépni a fizika által ismert összes többi erővel, mezővel és részecskével. Ez pedig a magas energiájú fizikai kísérletekben nem tűnik életképes megoldásnak.

Mi van a kísérletek mögött?

Forrás: NASA/ESA/M

Talán a sötét energiának van még egy trükkje, amit nem veszünk észre. Talán van olyan entitás, amely nagy kozmológiai léptékben generálja a felgyorsult terjeszkedést és valami az ezen entitáson belül kiszűri, hogy kölcsönhatásba lépjen az ismert fizikával a kis naprendszeri skálán.

Mivel fogalmunk sincs, mi teremti a sötét energiát, érdemes kivizsgálni ezt az aspektust is. De hogyan találhatunk meg valamit a kísérleteinkben, amelyet elrejteni terveztek a kísérleteink elől?

Egyes teoretikusok szerint a sötét energiát valamilyen újfajta részecske okozhatja. 

Ez a hipotetikus részecske nem lenne képes kölcsönhatásba lépni a standard modell más részecskéivel (például az elektronokkal és a kvarkokkal). 

A sötét energia részecskék termelése a Nap belsejében elrontaná a hőegyensúlyát, megváltoztatva annak fénykibocsátását, hőmérsékletét és élettartamát. És mivel a nap viselkedése pontosan megegyezik azzal, amit elvárunk a standard modelltől, ezek az elméletek szerint nem képes sötét energia részecskéket termelni a magjában.

Azonban az arXiv.org adatbázisban egy nemrégiben közzétett cikk egy másik lehetőséget kínál: talán a sötét energia nem kapcsolódik közvetlenül egyetlen Standard Model részecskéhez sem, hanem a fotonokhoz.

A nap mélyében található egy tachoclin néven ismert régió, ahol a nap mágneses tere rendkívül erős. 

A mágneses mezőket fotonok viszik át, így a tachoclinban rengeteg foton termelődik. Ha a sötét energia valahogy kapcsolódik a fotonokhoz, akkor itt is létrejöhetnek a sötét energia részecskék.

A sötét energia és a sötét anyag

A XENON1T installáció az olaszországi Gran Sasso Nemzeti Laboratórium földalatti csarnokában.
Fotó: Roberto Corrieri és Patrick De Perio

Az eredmény az, hogy valóban lehet mód arra, hogy a nap sötét energia részecskéket állítson elő. Akkor ezek a sötét energia részecskék, a nap fennmaradó részén, az üres téren keresztül lőködnek át és áramlanak mindenfelé.

Van még egy entitás az univerzumban, amely talán némán áramlik, akár rajtad keresztül is: a sötét anyag. 

A sötét anyag az anyag láthatatlan formája, amely az univerzum tömegének több mint 80%-át teszi ki. 

A sötét energia eme hipotetikus formájához hasonlóan a sötét anyag valószínűleg egy részecskéből áll, amelyet a részecskefizika standard modellje még nem ismer és a világegyetemen keresztül áramlik. Jelenleg ez is teljesen titokzatos a számunkra.

A Földön számos kísérlet a megfoghatatlan sötét anyag részecskékre vadászik, mivel a tudósok reményeik szerint bepillantást engednek egy rendkívül ritka interakcióba. 

A közelmúltban az egyik ilyen kísérlet, a XENON1T, annak a jelnek volt tanúja, amelyet nem tudott teljes mértékben megmagyarázni – ez az első apró utalás egy ilyen észlelésre.

A legfrissebb kutatások alapján van esély arra, hogy az amelyet a kísérlet során észleltek, nem a sötét anyag volt, hanem a sötét energia lehetett. 

Ez nem egy túl erős detektálás volt, és messze nem erősíti meg a sötét energia természetét, de egy elég erős tipp.

Több mint két évtized telt el a sötét energia eredeti felfedezése óta és az elmélet és a kísérletek sem tudtak sokat előrelépni azóta.

A tudósok azt remélik, hogy a jövőbeni sötét anyag detektálási kísérletek, mint a XENONnT, több adatot szolgáltatnak, és végül bepillantást engednek a sötét univerzumba is.

A legfontosabb tudnivalók az energiatanúsítványról

Miért van szüksége a jövő globális energia-rendszereinek a mesterséges intelligenciára?