חוקרים הגיעו לפריצת דרך אפשרית בחיפוש אחר חומר אפל במהלך ניסוי שבוצע מתחת לפני האדמה בדרום דקוטה, בעומק של כקילומטר וחצי, ואיתרו סימנים המעידים על נוכחותו. עם זאת, הם נמנעו מלקבוע שהצליחו לזהות את הרכיב הקוסמי.
במסגרת הניסוי תיעדו החוקרים אינטראקציה של חלקיקים, שייתכן שכללה חלקיק משוער המכונה WIMP - ראשי תיבות של "חלקיק מסיבי בעל אינטראקציה חלשה" (Weakly interacting massive particle). מדובר באחד המועמדים להיות חלקיק של חומר אפל. האירוע תועד במתקן המחקר התת-קרקעי סנפורד, השוכן במכרה זהב לשעבר באזור הגבעות השחורות במדינה.
כתבות באותו נושא:
כוכבים, פלנטות, בני אדם וכל דבר אחר שביכולתנו לראות מורכבים מחומר "רגיל", אולם הוא מהווה רק כ-15% מכלל החומר ביקום. השאר נחשב חומר אפל, שאינו פולט או מחזיר אור ולכן אינו ניתן לצפייה באמצעות עין אנושית או טלסקופים, אך מדענים בטוחים בקיומו בשל השפעותיו הכבידתיות בממדים גלקטיים.
לפי סם אריקסן, פיזיקאי חלקיקים מאוניברסיטת בריסטול ומוביל המחקר, הניסוי "עשוי להיות הרמז הראשון לתצפית על חומר אפל".
ההערכה המדעית היא שחומר אפל כמעט אינו מקיים אינטראקציה עם חומר רגיל. הניסוי LUX-ZEPLIN (או בקיצור LZ) - שנמצא בעיצומו ושבמסגרתו התרחשה התצפית - נועד ללכוד מפגשים נדירים אלו ומותאם במיוחד לחיפוש אחר חלקיקי WIMP. כחלק מהניסוי נעשה שימוש ב-10 טונות של היסוד הכימי קסנון במצב נוזלי בתוך התקן גלאי - כלי קיבול גלילי גדול - תחת ניהולה של המעבדה הלאומית לורנס ברקלי הכפופה למשרד האנרגיה של ארה"ב.
החוקרים מחפשים מקרים שבהם חומר אפל מתנגש באטומי קסנון. כאשר חלקיק מתפזר בעקבות התנגשות, נוצרים הבזקי אור, והמאפיינים שלהם יכולים ללמד את החוקרים איזה סוג של חלקיק קיים באינטראקציה.
בהודעה שפורסמה אמש (יום ג') בכנס מדעי שנערך ביפן, ושנכללה במחקר שהוגש לכתב העת Physical Review Letters, תיארו החוקרים גילוי של אינטראקציה בין אטום קסנון לחלקיק אחר, שהתנהגה כפי שמצופה מחלקיק מסוג WIMP. לדבריהם, מה שאולי צפו בו היה התנגשות של WIMP בגרעין של אטום קסנון, שהעבירה כמות קטנה של אנרגיה ויצרה הבזק חלש של קרינה אולטרה-סגולה (UV), שזוהתה בניסוי. ההתנגשות אף גרמה לגרעין אטום הקסנון "לזנק" קדימה - תופעה המוכרת כ"רתיעה גרעינית".
"רק אירוע בודד"
למרות שהחוקרים ציינו כי האינטראקציה התרחשה כפי שהיו מצפים שחלקיק WIMP יפעל, הם הדגישו כי התצפית עדיין אינה עומדת בסף הסטטיסטי הנדרש כדי לטעון לגילוי של חומר אפל. "חשוב לציין: מכיוון שמדובר באירוע בודד בלבד, איננו טוענים שמדובר בחומר אפל", הבהיר אריקסן. כעת פועלים החוקרים לשלול הסברים חלופיים אחרים לתופעה.
שביל החלב
(צילום: Shutterstock)
אלווין קמאהה, אסטרופיזיקאית מאוניברסיטת קליפורניה ושותפה לכתיבת המחקר, הוסיפה: "ייתכן שאנו צופים במשהו יוצא דופן, אך עלינו להיות קפדניים באופן חריג לפני שנגיע למסקנה כזו". לדבריה, "מיליוני חלקיקי חומר אפל עשויים לעבור דרך גופנו בכל שנייה, ובכל זאת כמעט אף אחד מהם לעולם לא יקיים אינטראקציה עם אטום בגוף שלנו".
מדענים אינם בטוחים לגבי מהותו של החומר האפל, בדיוק כפי שאינם בטוחים לגבי טבעו של הכוח הקוסמי המסתורי הקרוי אנרגיה אפלה. התזה המובילה היא שהחומר האפל עשוי מסוג של חלקיק שנוצר בשחר היקום, ושקיים עד עצם היום הזה.
"כשאנו צופים בגלקסיות ובאוספים של גלקסיות, אנו רואים שהם מתנהגים כאילו הם מכילים הרבה יותר מסה מאשר החומר שביכולתנו לראות. לכן, אף על פי שאיננו יכולים לראות את החומר האפל עצמו, אנו יכולים לצפות בהשפעת הכבידה שלו", הסבירה קמאהה.
היא הוסיפה כי "אפשר לחשוב על חומר אפל כעל הדבק הקוסמי שסייע לאפשר את היווצרותן של גלקסיות כמו שביל החלב שלנו. ללא חומר אפל היקום היה מתפתח באופן שונה בתכלית, והמבנים שהובילו לבסוף למערכת השמש שלנו אולי לא היו נוצרים באותו האופן".
מדענים ממשיכים לחפש אחר חומר אפל בדרכים שונות. "אנו חוקרים את ההשפעות הכבידתיות שלו על גלקסיות ועל היקום, מנסים לייצר חלקיקי חומר אפל במאיצי חלקיקים ומבצעים גילוי ישיר באמצעות ניסויים הקבורים עמוק מתחת לאדמה, כמו LZ, כדי לבודד אותם מקרניים קוסמיות וממקורות רקע אחרים בזמן שאנו מחפשים אחר ההזדמנות הנדירה מאוד שבה חלקיק חומר אפל מקיים אינטראקציה עם חומר רגיל", סיכמה קמאהה.
