Οι θεωρίες της κβαντομηχανικής προβλέπουν ότι ορισμένα σωματίδια μπορούν να υπάρχουν σε καταστάσεις υπέρθεσης, δηλαδή να βρίσκονται σε περισσότερες από μία καταστάσεις ταυτόχρονα.
Ωστόσο, όταν η κατάσταση ενός σωματιδίου μετράται, αυτή η υπέρθεσης φαίνεται να «καταρρέει» σε ένα μόνο αποτέλεσμα, ένα φαινόμενο που συχνά αναφέρεται ως το «πρόβλημα της μέτρησης».
Μοντέλα όπως η Συνεχής Αυθόρμητη Εντόπιση -CSL- και το μοντέλο Diósi-Penrose προσπαθούν να εξηγήσουν αυτήν τη διαδικασία, προβλέποντας ότι η αυθόρμητη κβαντική κατάρρευση θα οδηγούσε στην εκπομπή ασθενούς ακτινοβολίας ακτίνων Χ.
Η συνεργασία θεωρητικών και πειραματιστών
Θεωρητικοί φυσικοί από το PAMQ και το πείραμα VIP συνεργάστηκαν με την ομάδα του XENONnT, ενός εξαιρετικά ευαίσθητου υπόγειου ανιχνευτή σκοτεινής ύλης στην Ιταλία, για να ελέγξουν πειραματικά αυτές τις θεωρίες.
Ο ανιχνευτής XENONnT, ο οποίος περιέχει τόνους υγρού ξένου, είναι σχεδιασμένος να αναζητά νέα φυσική σε πολύ χαμηλές ενέργειες. Η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε νέα θεωρητικά μοντέλα που προέβλεπαν πώς θα εμφανίζονταν τα σήματα αυθόρμητης κατάρρευσης ειδικά για τα άτομα ξένου, επιτρέποντας μια στοχευμένη αναζήτηση στα δεδομένα.
Η διαδικασία της πειραματικής αναζήτησης
Ο ανιχνευτής λειτουργεί ως θάλαμος προβολής χρόνου διπλής φάσης, μετρώντας τόσο τα φωτεινά όσο και τα ηλεκτρικά σήματα που παράγονται από τις αλληλεπιδράσεις σωματιδίων. Μια ακτίνα Χ από μια κβαντική κατάρρευση θα προκαλούσε διέγερση και ιονισμό των ατόμων ξένου, παράγοντας ένα αρχικό σήμα φωτός -S1- και ένα δευτερεύον σήμα ηλεκτροφωταύγειας -S2- στην κορυφή του ανιχνευτή.
Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν στατιστικές μεθόδους και προσομοιώσεις για να διακρίνουν τα πιθανά σήματα από τον θόρυβο υποβάθρου, ο οποίος προέρχεται κυρίως από τη ραδιενέργεια των υλικών και τα ηλιακά νετρίνα.
Τα αποτελέσματα και οι μελλοντικές προοπτικές
Η ανάλυση των δεδομένων από την πρώτη επιστημονική εκστρατεία του XENONnT δεν αποκάλυψε σαφή στοιχεία για τις προβλεπόμενες εκρήξεις ακτίνων Χ.
Παρόλα αυτά, τα αποτελέσματα έθεσαν τους ισχυρότερους περιορισμούς μέχρι σήμερα στις παραμέτρους των μοντέλων CSL και Diósi-Penrose, με την ευαισθησία να είναι πάνω από εκατό φορές μεγαλύτερη από προηγούμενα πειράματα. Στο μέλλον, η συλλογή περισσότερων δεδομένων και η κατασκευή του ακόμη μεγαλύτερου ανιχνευτή XLZD αναμένεται να περιορίσουν περαιτέρω τα θεωρητικά περιθώρια ή να οδηγήσουν στην ανακάλυψη μιας ενοποιημένης θεωρίας κβαντικής βαρύτητας.
