Kërkimi i gjurmëve të materies së errët me orët neutron

Vëzhgimet kozmologjike të orbitave të yjeve dhe galaktikave mundësojnë nxjerrjen e përfundimeve të qarta për forcat tërheqëse gravitacionale që veprojnë midis trupave qiellorë.

Zbulimi mahnitës: materia e dukshme nuk është aspak e mjaftueshme për të qenë në gjendje të shpjegojë zhvillimin ose lëvizjet e galaktikave. Kjo sugjeron se ekziston një lloj tjetër, deri tani i panjohur, i materies. Prandaj, në vitin 1933, fizikanti dhe astronomi zviceran Fritz Zwicky nxori përfundimin e ekzistencës së asaj që tani njihet si materia e errët. Materia e errët është një formë e supozuar e materies e cila nuk është drejtpërdrejt e dukshme, por ndërvepron nëpërmjet gravitetit dhe përbëhet nga afërsisht pesë herë më shumë masë sesa materia me të cilën jemi njohur.

Kohët e fundit, pas një eksperimenti precize të zhvilluar në Qendrën Albert Einstein për Fizikën Themelore (AEC) në Universitetin e Bernës, një ekip ndërkombëtar kërkimor arriti të ngushtojë ndjeshëm hapësirën për ekzistencën e materies së errët. Me më shumë se 100 anëtarë, AEC është një nga organizatat kryesore kërkimore ndërkombëtare në fushën e fizikës së grimcave. Gjetjet e ekipit, të udhëhequr nga Bern, tani janë publikuar në Physical Review Letters.

“Prej çfarë përbëhet në të vërtetë materia e errët është ende plotësisht e paqartë,” shpjegon Ivo Schulthess, një Ph.D. student në AEC dhe autor kryesor i studimit. Ajo që është e sigurt, megjithatë, është se nuk është bërë nga të njëjtat grimca që përbëjnë yjet, planetin Tokë apo ne njerëzit. Në mbarë botën, eksperimente dhe metoda gjithnjë e më të ndjeshme po përdoren për të kërkuar grimca të mundshme të materies së errët – deri më tani, megjithatë, pa sukses.

Disa grimca elementare hipotetike, të njohura si aksione, janë një kategori premtuese e kandidatëve të mundshëm për grimcat e materies së errët. Një avantazh i rëndësishëm i këtyre grimcave jashtëzakonisht të lehta është se ato mund të shpjegojnë njëkohësisht fenomene të tjera të rëndësishme në fizikën e grimcave, të cilat ende nuk janë kuptuar.

“Falë shumë viteve ekspertizë, ekipi ynë ka pasur sukses në projektimin dhe ndërtimin e një aparati matës jashtëzakonisht të ndjeshëm – eksperimentin Beam EDM,” shpjegon Florian Piegsa, profesor për fizikën me energji të ulët dhe precizion në AEC, i cili u nderua me një nga prestigjiozët. Grantet fillestare të ERC nga Këshilli Evropian i Kërkimit në 2016 për kërkimin e tij me neutronet. Nëse aksione të pakapshme ekzistojnë në të vërtetë, ato duhet të lënë pas një nënshkrim karakteristik në aparatin matës.

“Eksperimenti ynë na mundëson të përcaktojmë frekuencën rrotulluese të rrotullimeve të neutroneve, të cilat lëvizin përmes një mbivendosjeje të fushave elektrike dhe magnetike,” shpjegon Schulthess. Rrotullimi i çdo neutroni individual vepron si një lloj gjilpëre busullore, e cila rrotullohet për shkak të një fushe magnetike në mënyrë të ngjashme me dorën e dytë të një ore dore – por gati 400,000 herë më shpejt.

“Ne matëm saktësisht këtë frekuencë rrotulluese dhe e ekzaminuam për luhatjet më të vogla periodike që do të shkaktoheshin nga ndërveprimet me aksionet,” shpjegon Piegsa. Rezultatet e eksperimentit ishin të qarta: “Frekuenca e rrotullimit të neutroneve mbeti e pandryshuar, që do të thotë se nuk ka asnjë provë të aksioneve në matjet tona”, thotë Piegsa.

Matjet, të cilat u kryen me studiues nga Franca në Burimin Evropian të Kërkimit të Neutroneve në Institutin Laue-Langevin, lejuan përjashtimin eksperimental të një hapësire parametrash plotësisht të paeksploruar më parë të aksioneve. Gjithashtu u tregua e mundur të kërkoheshin aksione hipotetike të cilat do të ishin më shumë se 1000 herë më të rënda se sa ishte e mundur më parë me eksperimente të tjera.

“Edhe pse ekzistenca e këtyre grimcave mbetet misterioze, ne kemi përjashtuar me sukses një hapësirë të rëndësishme parametrash të materies së errët”, përfundon Schulthess. Eksperimentet e ardhshme tani mund të ndërtohen mbi këtë punë. “Përgjigja përfundimisht në pyetjen e materies së errët do të na jepte një pasqyrë të rëndësishme në bazat e natyrës dhe do të na çonte një hap të madh më afër një kuptimi të plotë të universit”, shpjegon Piegsa.