Dwa z największych przełomów fizyki w ciągu ostatniej dekady to odkrycie, że delikatne subatomowe cząstki zwane neutrinami faktycznie mają niewielką masę i wykrycie, że ekspansja wszechświata faktycznie przyspiesza.
Teraz trzej fizycy z University of Washington sugerują, że dwa odkrycia są integralnie połączone przez jedną z najdziwniejszych cech wszechświata, ciemną energię, połączenie, które, jak mówią, może być spowodowane przez wcześniej nierozpoznaną cząstkę subatomową, którą nazywają „przyspieszaczem”.
Ciemna energia była znikoma we wczesnym wszechświecie, ale teraz stanowi około 70 procent kosmosu. Zrozumienie tego zjawiska może pomóc wyjaśnić, dlaczego pewnego dnia, w przyszłości, wszechświat rozszerzy się tak bardzo, że na naszym nocnym niebie nie będą widoczne żadne inne gwiazdy ani galaktyki, a ostatecznie może pomóc naukowcom ustalić, czy ekspansja wszechświata będzie trwała dalej w sposób nieokreślony.
W tej nowej teorii na neutrina wpływa nowa siła wynikająca z ich interakcji z akceleratorami. Jak mówi Ann Nelson, profesor fizyki UW, ciemna energia powstaje, gdy wszechświat próbuje rozdzielić neutrina, tworząc napięcie w rozciągniętej gumce. Powiedziała, że napięcie to napędza ekspansję wszechświata.
Neutrina są tworzone przez tryliony w jądrowych piecach gwiazd, takich jak nasze słońce. Przepływają przez wszechświat, a miliardy przechodzą przez całą materię, w tym ludzi, co sekundę. Poza niewielką masą nie mają ładunku elektrycznego, co oznacza, że bardzo mało, jeśli w ogóle, oddziałują z materiałami, przez które przechodzą.
Ale interakcja między akceleratorami i inną materią jest jeszcze słabsza, powiedział Nelson, i dlatego te cząstki nie zostały jeszcze zauważone przez wyrafinowane detektory. Jednak w nowej teorii akceleratory wykazują siłę, która może wpływać na neutrina, siłę, która, jej zdaniem, może zostać wykryta przez różne eksperymenty neutrinowe prowadzone już na całym świecie.
„Istnieje wiele modeli ciemnej energii, ale testy ograniczają się głównie do kosmologii, w szczególności do pomiaru tempa ekspansji wszechświata. Ponieważ wymaga to obserwacji bardzo odległych obiektów, bardzo trudno jest dokładnie dokonać takiego pomiaru ”- powiedział Nelson.
„To jedyny model, który daje nam sensowny sposób przeprowadzania eksperymentów na ziemi w celu znalezienia siły, która powoduje powstanie ciemnej energii. Możemy to zrobić za pomocą istniejących eksperymentów z neutrinami. ”
Nowa teoria jest rozwinięta w artykule Nelsona; David Kaplan, również profesor fizyki UW; oraz Neal Weiner, pracownik naukowy UW w dziedzinie fizyki. Ich praca, częściowo wsparta grantem z Departamentu Energii USA, została szczegółowo opisana w artykule przyjętym do publikacji w nadchodzącym numerze Physical Review Letters, czasopisma American Physical Society.
Naukowcy twierdzą, że masa neutrina może się zmieniać w zależności od środowiska, przez które przechodzi, w ten sam sposób zmienia się wygląd światła w zależności od tego, czy porusza się w powietrzu, wodzie, czy przez pryzmat. Oznacza to, że detektory neutrin mogą znaleźć nieco inne ustalenia w zależności od tego, gdzie się znajdują i co ich otacza.
Ale jeśli neutrina są składnikiem ciemnej energii, sugeruje to istnienie siły, która pogodziłaby anomalie między różnymi eksperymentami, powiedział Nelson. Powiedziała, że istnienie tej siły, złożonej zarówno z neutrin, jak i akceleratorów, będzie nadal napędzać ekspansję wszechświata.
Fizycy poszukiwali dowodów, które mogłyby stwierdzić, czy wszechświat będzie się powiększał w nieskończoność, czy też nagle zatrzyma się i zapadnie na siebie w tak zwanym „wielkim kryzysie”. Chociaż nowa teoria nie przewiduje „wielkiego kryzysu”, powiedział Nelson, oznacza to, że w pewnym momencie rozszerzenie przestanie się przyspieszać.
„W naszej teorii ostatecznie neutrina rozdzieliłyby się zbyt daleko i stałyby się zbyt masywne, aby mogły podlegać wpływom ciemnej energii, więc przyspieszenie ekspansji musiałoby się zatrzymać” - powiedziała. „Wszechświat może nadal się rozszerzać, ale w coraz mniejszym tempie”.
Oryginalne źródło: University of Washington News Release
