Komora próżniowa, która posłużyła do eksperymentu sprawdzającego jedną z teorii na temat ciemnej energii (tzw. pola kameleonowe). Źródło: UCLA. W laboratorium sprawdzono jedną z hipotez na temat ciemnej energii
Oprócz zwykłych atomów, z których są zbudowane planety, gwiazdy i wszystko, co widzimy, istnieje też tajemnicza ciemna materia oraz ciemna energia, przy czym ta ostatnia odpowiada za większość energii i masy Wszechświata.
Amerykańscy fizycy sprawdzili eksperymentalnie jedną z hipotez na temat ciemnej energii. Wyniki ukazały się w „
Science”.
Na temat ciemnej energii istnieją różne teorie próbujące ją wyjaśnić. Jedna z hipotez mówi, że ciemna energia wywołuje siłę, którą można zmierzyć tylko wtedy, gdy przestrzeń jest wypełniona w bardzo małym stopniu (ma bardzo małą gęstość), tak jak to jest w przestrzeni pomiędzy galaktykami. Ze względu na zmienne pod wpływem otoczenia własności, nazwano ją siłą kameleonową, a odpowiednie cząstki -
kameleonami albo
cząstkami kameleonowymi.
Paul Hamilton, jeden z naukowców pracujących na University of California w Los Angeles, spróbował wytworzyć w laboratorium warunki odpowiadające tego typu małej gęstości, aby zmierzyć hipotetyczną siłę od ciemnej energii. Pomagała mu w tym grupa kilku innych amerykańskich fizyków. Wyniki badań ukazały się w internetowym wydaniu czasopisma „
Science”.
Hamilton poszukiwał specjalnych pól ciemnej energii związanych z polami oddziaływań kameleonowych (w języku angielskim „
chameleon fields”). Pola te odpowiadają sile, której natężenie zależy od gęstości w otoczeniu. Gdyby kiedyś udowodniono istnienie tego typu siły, byłaby przykładem tzw. piątego oddziaływania, oprócz czterech znanych: grawitacyjnego, elektromagnetycznego, silnego i słabego.
Do tej pory żadne piąte oddziaływanie nie zostało wykryte w laboratoriach fizyków, stąd hipoteza, że może ono zależeć od gęstości w danym obszarze. Po raz pierwszy hipoteza na temat pól kameleonowych pojawiła się w roku 2004. Zaproponował ją Justin Khoury z University of Pennsylvania, jeden z współautorów najnowszej publikacji w „
Science”. W roku 2014 brytyjski fizyk Clare Burrage, wraz ze swoim zespołem, zaproponował metodologię do laboratoryjnego przetestowania istnienia tych pól.
W ramach eksperymentu w laboratorium zbudowano komorę próżniową o rozmiarach nieco mniejszych niż rozmiar piłki nożnej. Ciśnienie w komorze wynosiło jedną bilionową normalnego ciśnienia atmosferycznego na Ziemi. Następnie naukowcy umieścili w komorze atomy cezu. Dodali też do środka komory kulkę aluminiową, która miała odpowiadać gęstemu obiektowi tłumiącemu potencjalną piątą siłę, aby mieć porównanie pomiarów dla różnych obszarów komory. Następnie schłodzono atomy do jednej stutysięcznej stopnia powyżej zera bezwzględnego.
Pomiarów dokonywano za pomocą następującej procedury: gdy laser bliskiej podczerwieni świecił do komory, mierzono, w jaki sposób atomy cezu przyspieszają na skutek sił grawitacyjnych, aby wykryć efekt od ewentualnej dodatkowej siły. Promień lasera służył jako linijka do pomiaru przyspieszenia atomów.
Pomiary wykonywano w dwóch konfiguracjach: gdy aluminiowa kulka była blisko atomów oraz gdy znajdowała się daleko. Jeśli występowałaby dodatkowa piąta siła, to przyspieszenie atomów powinno się różnić w obu konfiguracjach.
Wyniki pomiarów nie wykazały istnienia piątej siły i pól kameleonowych, nie było różnic pomiędzy obydwoma konfiguracjami. Nie wyklucza to istnienia całkowicie takich pól, ale narzuca górne ograniczenie na siłę tych hipotetycznych oddziaływań. Badacze zamierzają dokonać także kolejnych eksperymentów, sprawdzających inne wersje hipotez o ciemnej energii.
Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl
